R134a的热物理性质计算

e一罩 第 26卷第 3期 1994年 6月 南 京 航 空 航 天 大 学 学 报 Journal of Nanjing University of Aeronautics＆ Astronautics Vo】．26No．3 June 1991 R 。 的热物理性质计算 吴 万 敏 (南京航空航天大学飞行器系 南京，210016) 余 业 珍 (南京宏光空降装备广 南京，210012) ■ 摘要 氯氟碳化台物(CFC)作为翻玲与空调设备的工质-长期以来被广瑟应用于生产和生活的 各十部门．近年来，人们逞步认识到某些 CFC对臭氯层具有破坏作用和挥发后产生温室技应， 因此不得不寻求新的替代工质．替代R．湔 制冷荆 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 中，有单一工质，也有混合工质．在单一工 质中，从长远意义上最有希望替代R z的新工质是R I“．为了对翻冷最统应用R 进行性能评 价，面要一套完整的热物理性质公式。目前，有关 R· 的热力学性质数据较多，但有关它的热物 理性质数据却租步．本文列出并推导了R 热物理性质的计算方程式，给出了部分计算数据，为 用R 孙作为制冷剂循环的制冷装置及换热器计算机辅助设计打下基础。 C 关键调t制冷剂 计算机辅助设计f热物性f R]：f Rl 中囝分类号 ：TB脚TKI26 符 号 寰 P 压力，kPa R ：气体常数 “：内能，kJ／kg V：比容，m’／kg ，温度．K ^：导热系数．W／m·K ^：焙 ，kJ／kg C ：定容比热，k】／kg·K = ／ ，对 比温度 ：粘性系数 ．PI· ，熵 -l【J／kg ：定压比热，l【J／k呈·K = PiP,，对 比密度 a 导温系数 ，m ／s h。 焙方程中的积分常数值 r 汽化潜热 ，kJlkg P：密度，k呈／m p：运动粘度 ，1"11 ／s S。t墒方程中的积分常数值 ．普朗特效 ； PIP ，对 比压力 口 表面张力 ，N／m 上标；⋯ 饱和{葭体 ⋯ t饱和蒸汽 。；d 理想气体 下标： C ：临界值 r饱和值 引 言 自1974年发现氟利昂的大量使用会导致大气同温层中臭氧的衰减以来．氟利昂对人类 生态环境的破坏作用 已引起全人类的关注 。1987年 9月通过的“关于消耗臭氧层物质的蒙 特利尔议定书”，确定了受控物质及控制过程。1990年 6月在英国伦敦召开“蒙特利尔议定 收稿日期 ≈1993—02—08,修改稿收到 日期 ：1993-04-08 维普资讯 http://www.cqvip.com 336 南 京 航 空 航 天 大 学 学 报 第 26卷 书缔约国第二次会议 ”，对蒙特利尔议定书又进行了修改，扩大受控物质范围，加快了控制过 程。1991年 6月在肯尼亚 内罗毕召开了“蒙特利尔议定书缔约国第三次会议”，决定加强对 缔约国不遵守 议定书 的监督作用。 在受限制到最终停止使用的 CFC制冷剂中，首当其冲的是 R-z。自从 1930年首次公开 宣布 R ：制冷剂以来，由于它具有不燃、无毒、化学性能稳定 热力学性 能优良、与润滑油互 溶、对金属不腐蚀等优点被广 用于制冷和空调等方面。国内外的研究表明，最有希望替代 R”的单一工质是 Rl 。 R。 ．．是一种新的、有前途的、对臭氧层无破坏作用的工质。Rt 的物理性质与R”十分相 近 ，用它替代 R ：，制冷系统结构不必做太大的变动，而且 Rt善“已接近商品化生产的程度。 尽管目前有关R。 。制冷剂热力学性质的数据较多．例如文[1，2]等，但详细的热物理性 质数据很少。本文在综合国内外现有关于 R 。研究工作的基础上，给出了 R- “饱和液体密 度、饱和蒸汽压、状态方程及比热等基本方程。然后根据热力学一般关系式推导出 R- “的汽 化潜热、蒸汽焓及蒸汽熵计算方程式．同时列出导热系数、导温系数、粘性系数、普朗特效等 物理性质方程，为用 R。 作为制冷剂循环的{6j冷装置及换热器计算机辅助设计打下基础。 1 R。 热物理性质计算方程式 1．1 基本方程 饱和液 R。，。的密度方程 (7 )=P‘+∑DN(1一T ) R 的饱和蒸汽压方程 ’ TJn 一X1(1— 7 )+ Xz(1一 T，)。 + X3(1一 ) + 墨 (1一 T )‘+ X5(1一 )“ + 墨 InTr R。 的状态方程 P ； +奎 R。 蒸汽的定容比热 c 一 c，I+ c伸 + C T。+ ’+ 一 R 导热系数[ 一^ 一∑∑(n ／ ) 其中 一厶 ， =--98．973，6I一0．788917 粘性 系数r 一 = ∑ ∑( ／ ) 其中 。一厶 T，．fo一0．690114，^ 一0．0378359 (2) (3) (4) (5) (6) 维普资讯 http://www.cqvip.com ● 第 a期 吴万敏等：Rlu,的热物理性质计算 337 表面张力 ‘ d：64．985(1～ ) 。 (7) 1．2 导出方程 有了上述方程式，就可推导出其他的热物理性质方程式 1．2．1 由Clausius~Clapegron方程可求得汽化潜热 目 r； AT(V 其中 根据饱和蒸汽压方程(2)求取。于是得 r=A( 一 ) [一x 一 1—5XzT，(1一 ) 5一 (Xz+ 2．5x )(1一 ) -5一 x， · (1一 ) 一 4X． (1一 )。一 4．5X (1一 )“ 一 X．(1一 )‘ 一 X5(1一 )‘’。+ 墨 ] (8) 因为r的单位用 kJ／kg表示 ，P的单位用 kPa表示 ，故式(8)中的换算系数 A=I。 1，2．2 蒸汽焙方程 利用由热力学基本关系式导出的内能一般关系式(第一 du方程) d =C．dT+ [ ] 曲 (9) 在丁一常数下积分上式，得；“=，(丁)+A [ ； ] 曲 (10) 其中，(丁)为与温度有关的积分常数，对于理想气体有 [ ]， [ 1_ -- 故 ，(丁)一 ： d +常数．代人式(1。)，又因 一^ +AP ，故得蒸汽焙方程为 ^= 打 +A [ ]血 + + 常数 (11) 将方程(4)和(3)代人(11)式积分得 一^[c 丁+{c z +{c， +{c ．丁‘+ In丁一aT]+ (A +c：e— + CzKT．e一盯r)+ (A a+ c，e～盯-+ c KT．e一盯，)+ ’(At+C4e- +C,KT,e一盯r)+ 南 (A5+C5e一 +C~KT．e一 ) + APV + h0 (12) 1+2．3 蒸汽墒方程 由墒的一般善系式(第一出方程)出一争d丁+A(筹) 经过类似的推导，可得蒸汽墒方程为s：Jc + ( ) +常数 利用已知的 c 方程及状态方程积分 上式，有 s一[ InT+C 丁+{c +{c ．丁 一争一RInT]+A[RIn( 一6) 维普资讯 http://www.cqvip.com 338 甫 京 航 空 航 天 大 学 学 报 第 26卷 B：一c2 e 马 一G e 日 一 e一 V — b 2( 一 6)。 3( 一 6)’ B 一 c5 Ke—KT 一 — 一 ]十 。 (13) 积分常数项 和 值涉及到积分式中温度的起始点以及在该起始点下液体焙和墒的 基准值 的选择问题 ，我们选定在 ￡一0℃时，R 的液体焙为 400kJ／kg，液体墒为 ／kg· K～ 。 利用上述公式求得的参数，还可求下列参数 R。 的饱和液姑方程 = 一r (14) R 的饱和液墒方程 — 一，／ (15) 导温系数 口= ·C 。 (16) 运动粘度 = s,／P (17) 普朗特数 =v／= (18) 上述方程(1—4)的有关系数见表 1，方程(5，6)中的系数见表 2和表 3。 物质的热力学参数计算一般都与其临界参数相联系。本文采用R 的临界参数为T = 374．23士0．15K，只 ~4067士2．7kPa， 一512．2士5kg／m 。 表 1 方程(1—4)中的有关系徽值 方程式 系数 数值 方程式 系数 数值 Dl 819．6183 D： 1023．582 ^5 0．1447797×10一 (1) 岛 一 0 ． 8942552× 10一 DI 一 l156．757 D． 789．7191 Cl 0．6469248× 10一： ^‘ 一 1．049005× 10一， X1 126．9674 (3) 且 0 ． 0 X± — 10．26281 a 0 ． 0 Xl — 124．8586 — 6 ． 953904× 10一 (2) ^； 丑 325．2989 1 ． 269806×10一” 最 XI — 351．7632 一 2 ． 051369× 10一’ Cs X· 134．0362 81．4881629X 10一’I．j／ks·K一 a l 一0．5257455×10— b 0．3455467× 10一。 5．475 ： 0．3296570× 10一： (3) (4) C-| 一 2．017321×10_‘ ^2 ——0．1195051 ： 0．1137590× 10一’ · 0．0 s 15．82170 G ——3．531592 维普资讯 http://www.cqvip.com + D 口 第 3期 吴万敏等；R 的热物理性质计算 ．339 2 计算结果和讨论 根据得到的关系式编制了适用于IBM4341机的计算程序，能够算出具有不同自变量的 R s-的热物理性质。在计算程序中，编制了有关子程序，使主程序简单明了，还采用若干提高 计算精度及加快收敛的措施，使计算误差大大减少。饱和液 Rls 的热物理性质部分数据见 表 4。至今作者所见到的文献中，仅有文[3]和[6]致力于 R 的导热率及粘性的研究，对 R ， 的导温系数，运动牯度、普朗特数等的研究和计算较少。 本文给出了Rt，-的热物理性质计算所需的公式和积分常数，利用编制的Fortran程序 上机进行计算。表 4中将部分计算结果与文[1，3]中结果作了比较。方程(5)，(6)计算的数 据与实验数据比较，最大误差导热率为 1．93 ，粘性为 3．8 ，而相应的平均值为 O．3 和 1．13 ]。计算结果表明：计算公式正确，结果数据都与文[3]和文[1]中有关数据极为接近， 因而本方程组具有较高的计茸精度，可作为编制 R 热物理性质计算程序的依据，也为计 算机辅助设计提供了条件。需要指出的是，对 R。， 的全面研究是近几年的事，因此对 R 的 研究尚不很充分，给出的经验公式也存在一定的误差。本文计算精度的提高有待于进一步研 究。 维普资讯 http://www.cqvip.com 340 南 京 航 空 航 天 大 学 学 报 第 26卷 ● 考 文 献 1 Mcllnden M Oe~a／·M easurement and~oramlatlon of the thermodynamic properties of refr~gcrants R】 and 123．ASHRAE．1989~98，part 2l263-- 283 2 Bas,~R S·W~so． D P．Thermophyslcal propertles of 1，1，1 Thermophys，1989I(3)j591-- 803 (R )．Int J Py日HHc删 ^rⅡ ．n 删 啊u‘*cHHe c∞日cT啦 Rt ．XoJ1o~H~ n xHuKl，1990l(7)I 2O一 26 朱明瞢等．HFCI34a的热物性研究．铜冷学报．1992l(1)，1—6 弥德雄等．氨的热力学性质方程式(sI铜)．流体工程，I988I(6) 55—59 Shanklamd L R．Basu R S，Wilson D P．Thermal comluctlvlty and viscosity of a Dew stratospher[一 cally sape refrigerant 1·1，1·2---tetrafluoraethsne(R】l“)．Intern]nstrute of Refrig，Purdue Uni— ve~slty，USA．1988~(2)I 55— 64 维普资讯 http://www.cqvip.com 第3期 吴万敏等 R- 的热物理性质计算 341 The Calculation of Thermophysical Properties of Rl3“ W nmin (Department of Aircra(t Engineering，NUAA Nanilug，210010) y Yezhen (Hongguang Ahrborne Equlpmcat Factory Nan~ng’210012) Abstract The present hypothesis of depletion of the stratospheric ozone layer by s0me ch1oroIIuorocarbons(CFC)，a kind of working mediums commonly used in refrigeration and air—conditioning has prompted a lot of research and development of newstratospherically safe fluids．In some particular cases of unitary working medium ，Rlm ,the most commonly used and hopeful refrigerant，has been considered to be subitituted for Rl z．A complete set of equations for thermo—physical properties will be required for the equipment design and Rlj“manufacturing．In this paper，the experimental studies both at home and abroad oil Rlm have been synthesized to deduce a set of equations for calcuJating the thermophysieal properties． key words： fr|gerant。；computer aided design；thermophysical properties；RI2：；Rlj“ 鲭一作者简介 吴万敏 男，讲师，1957年 2月生。发表过。空玲式玲凝器特性分析 (‘制冷，·1989年第 4 期)等论丈。 维普资讯 http://www.cqvip.com