【摘 要】
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随着建筑采暖能耗的迅速增加,节能环保的热泵采暖方式已成为北方燃煤供暖的重要替代方案之一。为兼顾环保性、安全性和运行效率,本文选择了适用于大温跨热泵的大沸程混合工质CO2+R1234ze（Z）和CO2+R1336mzz（E）的汽液相平衡特性为研究对象,对其开展了理论与实验研究,研究结果为大温跨热泵的后续流程准确模拟和设计奠定了良好的基础。本文的主要工作和结论如下:（1）自行设计和搭建了适用于CO2+
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随着建筑采暖能耗的迅速增加,节能环保的热泵采暖方式已成为北方燃煤供暖的重要替代方案之一。为兼顾环保性、安全性和运行效率,本文选择了适用于大温跨热泵的大沸程混合工质CO2+R1234ze（Z）和CO2+R1336mzz（E）的汽液相平衡特性为研究对象,对其开展了理论与实验研究,研究结果为大温跨热泵的后续流程准确模拟和设计奠定了良好的基础。本文的主要工作和结论如下:（1）自行设计和搭建了适用于CO2+R1234ze（Z）和CO2+R1336mzz（E）混合工质的相平衡测试实验台,采取若干创新性措施解决了高压和高沸点工质组分所带来的严重影响测量准确度的特殊难题。可靠性检验实验结果表明,该汽液相平衡测试实验台具备了较好的可靠性和准确性。（Ⅰ）采用增设恒温罩的方式解决测压管路冷凝的问题,通过R1234ze（Z）饱和蒸汽压的测量对实验压力进行可靠性检验,恒温罩温度设为30℃时,R1234ze（Z）蒸汽压的最大相对偏差为1.32%,CO2蒸汽压的最大相对偏差为3.30%。（Ⅱ）提出了一种利用缓存管、节流阀和压力表搭配使用的采样方式,解决了采样压力和采样量过大的问题,又能使样品充分膨胀过热,减少气体冷凝和液体不完全气化带来的影响。（Ⅲ）在气相采样管路上增加气相恒温套管以防止气相样品冷凝。以CO2+R600进行可靠性检验,发现气相缓存管的温度越高,气相冷凝的影响越小,因此气相恒温套管的温度取120℃较为合适,气相浓度实验值与计算值的最大绝对偏差为1.08%。（Ⅳ）在液相采样管路上增加液相恒温套管以防止液相气化不完全。以CO2+R600进行可靠性检验,发现液相恒温套管的过热度不宜过高也不宜过低:-20～10℃釜温时过热度取60℃较为合适,20～60℃釜温时过热度取40℃较为合适。取适当过热度时,液相浓度实验值与计算值的最大绝对偏差为0.72%。（2）首次采用静态法测量了温度范围为253.15～333.15 K内的共九个温度位,CO2液相浓度为0～100%范围内的148组CO2+R1234ze（Z）和CO2+R1336mzz（E）的汽液相平衡实验数据。实验中压力测量的最大不确定度约为6 k Pa,温度测量的不确定度约为0.1 K,浓度测量的最大不确定度约为0.009。（3）采用Aspen Plus中的PR、SRK和PC-SAFT状态方程对实验数据进行拟合,为采用该混合工质的大温跨热泵流程准确模拟和设计奠定了良好的基础。等温-相平衡曲线表明这两种混合工质是非共沸混合物,其温度滑移较大、非理想程度较低。同时计算了Gibbs自由能和-包络线。不同状态方程对实验数据的关联结果显示:PR与SRK状态方程可以较好地拟合实验数据,且二者拟合结果比较接近,而PC-SAFT状态方程的拟合效果较差。
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