混合制冷工質(zhì)R1234yf/R32 PVTx性質(zhì)的實(shí)驗(yàn)研究

孫楊柳++祁影霞++陳日帥++吳東

摘要： 利用基于Burnett法搭建的PVTx性質(zhì)測(cè)試系統(tǒng)測(cè)量了混合制冷工質(zhì)R1234yf/R32在溫度為253～313 K范圍內(nèi)、R1234yf的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%時(shí)的氣相PVTx性質(zhì).詳細(xì)介紹了該測(cè)量系統(tǒng)基于Burnett法的測(cè)量原理和PVTx性質(zhì)測(cè)試系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)步驟，并對(duì)各種測(cè)量誤差及不確定度進(jìn)行了分析.根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合出混合制冷工質(zhì)的氣態(tài)維里方程，并比較了第二、第三維里系數(shù)與溫度的關(guān)系.結(jié)果表明：實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與擬合得到的方程具有較好的一致性，為基礎(chǔ)熱物性研究和進(jìn)一步研究替代制冷劑提供了詳實(shí)的數(shù)據(jù).

關(guān)鍵詞：

R1234yf/R32； PVTx； 維里方程

中圖分類號(hào)： TB 61+2；TB 61+1文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

Experimental study on PVTx properties of mixed refrigerant R1234yf/R32

SUN Yangliu， QI Yingxia， CHEN Rishuai， WU Dong

（School of Energy and Power Engineering， University of Shanghai for Science and Technology， Shanghai 200093， China）

Abstract：

Based on Burnett method，PVTx experimental system was applied to study the gas phase PVTx property of mixed refrigerant R1234yf/R32 with mass ratio of 20%/80% in the temperature range of 253～313 K in this paper.The principle of Burnett method and experimental procedures of PVTx experiments were described in detail.The measurement error and uncertainty of the experiment were analyzed.According to the experimental data，the Virial equation of the gaseous mixed refrigerant was fitted.The results showed that the experimental data had good agreement with the fitted equation.This paper provides a detailed data for the study of alternative refrigerants and their basic thermal properties.

Keywords：

R1234yf/R32； PVTx； Virial equation

隨著社會(huì)的發(fā)展和人們生活水平的提高，新能源的開發(fā)和利用是目前生活的重中之重[1].隨著制冷空調(diào)行業(yè)飛速發(fā)展，對(duì)制冷劑的選取要求也格外嚴(yán)格，不僅要考慮保護(hù)臭氧層，而且必須積極考慮降低溫室效應(yīng).按2006年歐盟法案規(guī)定[2]，到2017年所有的汽車空調(diào)應(yīng)采用全球變暖潛能

（GWP）小于150的制冷劑.因此，迫切需要開發(fā)出新的高效、環(huán)保制冷劑.而R1234yf（四氟丙烯）和R32（二氟甲烷）作為新一代制冷劑，在熱工性能、環(huán)保特性、安全性等方面都有各自的優(yōu)勢(shì).

R1234yf為低毒、微燃工質(zhì)，其臭氧層破壞潛能（ODP）為0，GWP為4，大氣壽命僅11 d[3]，化學(xué)性能穩(wěn)定.R1234yf被廣泛用于代替汽車空調(diào)R134a.余鵬飛等[4]研究了R1234yf制冷系統(tǒng)相對(duì)于R134a制冷系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)，即壓縮機(jī)排氣溫度低、壓縮比小的優(yōu)點(diǎn)和制冷量小、壓縮機(jī)功率大的缺點(diǎn).張青等[5]討論了制冷劑R1234yf替代R22的優(yōu)勢(shì).R32為微燃工質(zhì)，其ODP為0，GWP為675，作為制冷劑具有較好的熱力特性[6]，且單位容積制冷量大，傳熱性能良好，具有較好的環(huán)保性能.林小茁等[7]討論了R32替代R22的可行性[8]，并分析了R32替代R22時(shí)存在的高排氣壓力和高排氣溫度等問(wèn)題.而矢島龍三郎等[9]提出了降低R32壓縮機(jī)排氣溫度的方法，利用膨脹閥控制壓縮機(jī)吸氣干度，同時(shí)使用R32專用的潤(rùn)滑油降低排氣溫度.

R32具有較高的單位制冷量，同時(shí)排氣溫度也很高，而R1234yf排氣溫度較低，但單位制冷量較小.綜合兩者的優(yōu)缺點(diǎn)，混合制冷工質(zhì)R1234yf/R32兼具排氣溫度低、制冷量大以及GWP小的優(yōu)點(diǎn)，因此發(fā)展前景良好.Kamiaka等[10]對(duì)混合制冷工質(zhì)R1234yf/R32進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，測(cè)得了兩者在溫度為273～333 K范圍內(nèi)，R1234yf質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別從25%到80%時(shí)的氣液相平衡數(shù)據(jù).根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，在R32的質(zhì)量分?jǐn)?shù)較小時(shí)溫度滑移較大，可通過(guò)增大R32的占比減少溫度滑移，而且能提高該混合物的單位制冷量，同時(shí)由于R1234yf的作用有效地降低了壓縮機(jī)的排氣溫度，改善了運(yùn)行工況.Akasaka等[11]對(duì)二元混合制冷劑R1234yf/R32的飽和密度和臨界參數(shù)進(jìn)行了測(cè)量，為R1234yf/R32熱力學(xué)模型發(fā)展做了準(zhǔn)備.Dang等[12-13]研究了混合制冷工質(zhì)R1234yf/R32的氣相和液相的黏度，并采用不同的方法計(jì)算了實(shí)驗(yàn)黏度偏差.目前，獲得制冷劑PVTx性質(zhì)最精確的方法是實(shí)驗(yàn)測(cè)定.綜合考慮實(shí)驗(yàn)精度和操作性，Burnett法（等溫膨脹法）避免了氣體質(zhì)量的稱量和容器的體積標(biāo)定，實(shí)驗(yàn)精度較高.本文將采用Burnett法測(cè)定混合制冷工質(zhì)R1234yf/R32在R1234yf的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%時(shí)的PVTx數(shù)據(jù)，并擬合維里狀態(tài)方程.

1PVTx性質(zhì)測(cè)試系統(tǒng)及原理

1.1PVTx性質(zhì)測(cè)試系統(tǒng)

制冷工質(zhì)PVTx性質(zhì)測(cè)試系統(tǒng)主要包括壓力測(cè)量系統(tǒng)、溫度測(cè)量系統(tǒng)、配氣系統(tǒng)、恒溫槽、真空系統(tǒng)、PVTx實(shí)驗(yàn)本體及自動(dòng)化測(cè)試分析軟件.制冷工質(zhì)PVTx性質(zhì)測(cè)試是高精度的實(shí)驗(yàn)測(cè)量，因此盡量采用高精度的壓力測(cè)量系統(tǒng)和溫度測(cè)量系統(tǒng).測(cè)試系統(tǒng)如圖1所示.

1.2實(shí)驗(yàn)原理

本實(shí)驗(yàn)采用Burnett法對(duì)制冷工質(zhì)PVTx的性質(zhì)進(jìn)行測(cè)量，因?yàn)椴恍枰M(jìn)行氣體質(zhì)量的稱量和容積的體積標(biāo)定，所以可以實(shí)現(xiàn)較高的實(shí)驗(yàn)測(cè)量精度.圖2為Burnett法實(shí)驗(yàn)原理示意圖，圖中V1、V2、V3均為閥門.實(shí)驗(yàn)本體主要包括主容器A和膨脹容器B，容積分別為VA、VB.通過(guò)閥門V2將兩個(gè)容器連接起來(lái)，并置于恒溫環(huán)境中，以保證等溫膨脹，根據(jù)A向B的多次放氣過(guò)程可測(cè)量工質(zhì)的氣體壓縮因子.

首先，對(duì)A、B兩個(gè)容器抽真空，使兩個(gè)容器的內(nèi)部壓力維持在3 Pa以下，并在一段時(shí)間內(nèi)保持不變.

3結(jié)論

本文利用基于Burnett法搭建的PVTx性質(zhì)測(cè)試系統(tǒng)測(cè)量了混合制冷工質(zhì)R1234yf/R32在R1234yf的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%時(shí)的氣相PVTx性質(zhì)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合出了該質(zhì)量分?jǐn)?shù)下混合制冷工質(zhì)在的氣態(tài)維里方程，通過(guò)比較證明實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與擬合方程具有較好的一致性.雖然混合制冷工質(zhì)R1234yf/R32具有良好的發(fā)展前景，但是在開發(fā)新型高效環(huán)?？商娲评鋭┓矫嫒孕枧?

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