含R1234ze(E)二元混合工质的热物性及其循环特性研究

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制冷剂R22的臭氧层消耗潜能值(ODP)不为零且温室效应潜能值(GWP)较高,在日益严格的环保法规推动下,寻找替代R22的制冷剂成为热泵空调领域的研究热点。R1234ze(E)的ODP为零且GWP仅为6,具有优良的环保性能,但其热物理性质并不理想,在R1234ze(E)中掺混其他制冷剂单质组成二元混合工质来改善R1234ze(E)在热物性方面的缺陷是一个可行的思路。目前有关含R1234ze(E)二元混合工质的热物性及其循环特性的研究较少,为给R22的替代方案提供参考,本论文以10种含R1234ze(E)二元混合工质作为研究对象,重点对其热物性及其循环特性进行了理论研究。首先采用文献中10种含R1234ze(E)二元混合工质的气液相平衡实验数据,通过最小化目标函数优化得到了适用于每种混合工质的亥姆霍兹型(Helmholtz)状态方程。优化后的Helmholtz状态方程在计算每种混合工质的泡、露点压力时,平均绝对相对偏差普遍在1%以内,而热物性计算软件REFPROP9.1的平均绝对相对偏差普遍在2.159~5.994%之间。然后利用Helmholtz状态方程并结合热力学关系式建立了以无量纲亥姆霍兹自由能形式表达的热物性计算模型,在此基础上计算和对比了不同配比下含R1234ze(E)二元混合工质的标准沸点、温度滑移、饱和蒸气压和定压比热容等热物理性质,发现:标准大气压下,R1234ze(E)/R13I1、R1234ze(E)/R290和R1234ze(E)/R600a在R1234ze(E)质量分数分别为0.45、0.27和0.75时存在共沸点;R1234ze(E)/R134a、R1234ze(E)/R1243zf和R1234ze(E)/R152a的温度滑移在整个组分配比区间低于1℃,表现出良好的近共沸特性。最后,根据环保性能优先、兼顾安全性能和热物理性质的原则,筛选了9种特定配比下的含R1234ze(E)二元混合工质,并考察了其在热泵空调中的循环性能,发现:标准工况下,质量比为0.42/0.58的R1234ze(E)/R32(代号MIX04)的循环性能最好,单位容积制冷量和单位容积制热量分别比R22高出4%和8%,制冷性能系数和制热性能系数分别比R22下降10%和7%;在夏热冬冷地区的全年工况下,MIX04的全年平均性能系数为4.52。综上,MIX04可作为R22的潜在替代物应用于热泵空调。
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