氢氟烃及烃类共沸混合工质的液相ρ-P-T-x特性研究

The research on the azeotropic substitute refrigerants composed with HFCs and HCs is one of the hotspots in the refrigeration and cryogenic field. However, few study have been done on the density-pressure-temperature-component (ρ-P-T-x), especially in the liquid regions. The systematic experiments and theoretical research on the azeotropic mixed refrigerants composed with HFCs and HCs are proposed in this project. The experimental system used for liquid mixtures can be established by designing the pressure device, sampling and component analysis device. The ρ-P-T-x measurement for the liquid azeotropic mixed refrigerants will be performed with the experimental system. The excess volumes VE can be calculated precisely based on the density data and then build the computing model. To establish the accurate intermolecular interaction model, the thermodynamic consistency between VE and GE shoule be test. The relation between macroscopic thermodynamic properties and microphenomenon will be analyzed and explore the formation mechanism of the azeotropic characters. Apart from its practical value for the research on the azeotropic mixture system composed with HFCs and HCs, this project has theoretical significance for the exploration on azeotropic mechanism.

氢氟烃（HFCs）和烃类（HCs）组成的共沸混合工质是制冷与低温领域替代工质研究的热点之一。但，关于他们的密度-压力-温度-组分（ρ-P-T-x）的研究很少，液相区的密度数据更是缺乏。本项目拟对HFCs + HCs共沸混合工质体系开展系统性的实验和理论研究：改建现有实验装置，设计可靠的加压、采样和组分分析系统，建立可用于液体混合物的高精度磁悬耦合流体ρ-P-T-x实验装置，获取HFCs + HCs典型共沸混合工质体系液体混合物ρ-P-T-x数据；根据密度数据计算得到超额体积VE，建立共沸体系的超额体积的计算模型；通过超额体积与超额吉布斯自由能之间热力学关系一致性分析，确立最准确的共沸体系分子间相互关系模型，揭示宏观热力学量与微观性质的内在联系，探索共沸混合工质体系共沸特性的形成机理。本项目不仅对HFCs + HCs共沸混合工质体系的研究具有重要的实用价值，而且对共沸机理的探索具有重要的理论意义。

氢氟烃（HFCs）和烃类（HCs）组成的共沸混合工质是制冷与低温领域替代工质研究的热点之一。但，关于他们的密度-压力-温度-组分（ρ-P-T-x）的研究很少，液相区的密度数据更是缺乏。本项目从实验和理论两个方面开展研究工作，主要完成了以下研究内容：对已有单浮子磁悬耦合流体密度测量系统进行了改进，可用于液相纯质及混合物密度测量；选取HFC134a+HC290、HFC1234ze(E)+HC290和HFC1234yf+HC290三个共沸体系为研究对象，进行了ρ-p-T-x实验研究；针对气相和液相，分别开展了专用状态方程和气液均适用的状态方程研究；分别采用PR和PT方程，计算了35种共沸体系和8种非共沸体系在典型等温线上的摩尔体积，探索共沸特性；针对本项目研究的HFC和HC纯质及二元共沸混合物，开展了空调工况下的制冷系统循环性能模拟。基于以上研究内容，本项目获得的重要结果、关键数据及其科学意义如下：改进后的实验系统可以实现液相ρ-p-T-x测量，温度、压力和密度测量范围分别为220-290 K、0-6.0 MPa和0-2000 kg/m3，温度波动度达到±2 mK/10 min，测量不确定度与同类型装置的国际先进水平相当；针对HC290、HFC134a、HFC1234ze(E)和HFC1234yf纯质及二元混合物，获得了近1000组实验数据，均被国际流体热物性数据库收录，特别是液相混合物数据，填补了国内外空白，且为课题组天然气液化制冷设备的建立提供了数据支持；基于密度中线定律和临界指数律，建立了形式简单且精度高的饱和液体专有计算模型；建立了亥姆霍兹型状态方程，为换热器设计计算和共沸工质饱和特性的理论研究提供支持；通过PR和PT方程计算，发现35个共沸体系的饱和气相在等温线上均存在摩尔体积极小值，这一规律性发现，实现了不用实验数据即可判定共沸与否；通过空调工况下制冷系统循环性能模拟，发现了HFC1234yf+HC290体系在其共沸组成处的COP和容积制冷量均具有明显优势。