CO2/HCs混合工质的气相声速与pvTx性质研究

卤烃类制冷剂全球变暖潜值(GWP)高，是重要的温室气体。CO2/HCs混合工质，不破坏大气臭氧层(ODP=0)、GWP值低、热力性能优良，是极具开发前景的替代工质。但该类工质高精度热物性基础数据还很匮乏，也缺乏热力学性质的精确表征方程。本项目拟对CO2/HCs混合工质的pvTx、气相声速和相关热物理性质开展研究。发展定程圆柱共鸣法测量声速的方法和技术，提高测量精度，建立壳体振动和边界层修正的理论模型；揭示振动弛豫的耗散特性和微观机理。改进膨胀定容法混合物pvTx性质测试方法。以精密热物性实验为基础，通过气相声速和pvTx实验结果的结合和比对，完善测量方法，提供一批高精度CO2/HC混合工质的基础物性数据，进一步建立基于深刻物理机制、具有广泛适用性和高精度的热物性理论模型，开展新型工质的热力性能模拟工作，优化组分浓度，为制冷工质的替代、工程设计和应用提供理论基础。

建立了圆柱定程干涉法气相声速测量系统，通过使用压电陶瓷替代传统麦克风、安装声波导管和优化传感器安装位置，极大的提高了信噪比和测量精度。深化了圆柱定程干涉法测量声速的机理认识，探索了边界层、非对称性、壳体振动和分子弛豫等非理想因素对共振频率影响的理论修正方法；揭示了杂质对气相声速测量的影响规律，并发展了工质纯化方法；发展了圆柱共鸣腔尺寸精确标定方法。在此基础上测量了CO2、丙烷、丙烯、异丁烷、CO2/丙烷和CO2/异丁烷的气相声速，测量不确定度好于0.02%，填补了部分工质实验数据的空白；基于气相声速数据导出了工质的理想气体比定压热容和声速维里系数，与已发表高精度实验数据具有较好的一致性；开展了声速维里系数确定方阱势能模型参数的研究，并建立了工质第二维里系数的高精度关联式，与pvT实验数据导出结果一致性较好。在深入研究传感器的扰动作用，进一步增强测量信噪比的基础上，开展了圆柱定程干涉法确定Boltzmann常数的研究，测量不确定度降低至3.7×10−6，已进入国际科技数据委员会(CODATA)2013评估值，将为CODATA 2014调整值贡献权重。发展了基于圆柱定程干涉法测量流体黏度的方法，测量不确定度为2%。搭建了Burnett-定容法pvT(x)性质测量系统，测量了异丁烷259 K至临界温度的饱和蒸气压，不确定度低于±300 Pa，建立了异丁烷的Wagner型饱和蒸气压方程，解决了现行异丁烷的标准状态方程近临界区饱和蒸气压计算偏差较大的问题。开展了跨接CPA方程计算二元混合工质热力性质的研究，计算了多种二元混合物的气液共存曲线，与传统方式相比，对临界参数的预测能力有显著改善；建立了HCs和CO2等工质的跨接VTSRK方程，在近临界区和远离临界点区域pvT性质的计算精度有显著提高。探讨了碳氢化合物及其混合工质作为地热有机朗肯循环(ORC)工质的潜力，建立了混合工质冷凝压力计算模型，揭示了冷凝滑移温度对热力性能的影响规律，优化了组元摩尔分数及循环热力参数。已发表学术论文25篇，其中SCI已收录11篇，EI已收录22篇。