HFO/HC混合工质与基础油溶解度及黏/密度的联合测量及理论研究

Simultaneous measurement and theoretical study on solubility, viscosity and density of HFO/HC mixture with base lubricant oil will be developed in the project. In the experimental aspect, a set of experimental system is designed to measure gas solubility, density as well as viscosity for temperature from 253.15K to 353.15K and pressure up to 10MPa. The corresponding measurement accuracy is 3.0%, 0.1% and 3.0%, respectively. The measured refrigerant mixtures are HFO1234yf/HC290, HFO1234yf/HC600a, HFO1234ze(E)/HC290, HFO1234ze(E)/HC600a, and the base oils are straight chain PE（PEC4~PEC8）and branched chain PE（PEBM5~PEBM8）. Based on the experimental study, the gas solubility and viscosity theoretical prediction models will be developed. The influencing mechanism of solubility and viscosity between vapor refrigerant molecules and base oil molecules will be researched by the experimental and theoretical studies, and it will also provide important evidence for synthesizing or preparing the lubricating oils which are suitable for the new refrigerant mixtures.

本项目将开展HFO/HC的新型混合制冷工质与基础油溶解度、密度及黏度联合实验测量及理论研究。实验方面，将研制一套集成气体溶解度测试、密度测试和黏度测试三大模块的实验测试系统，其中测量的温度范围为253.15~353.15 K、压力范围为0~10 MPa，溶解度、密度和黏度的测量精度分别达到3.0 %、0.1 %和3.0 %。所测量的混合制冷工质是HFO1234yf/HC290、HFO1234yf/HC600a、HFO1234ze(E)/HC290及HFO1234ze(E)/HC600a，基础油为直链PE基础油（PEC4~PEC8）、支链PE基础油（PEBM5~PEBM8）。在实验基础上，建立能够预测混合制冷剂与基础油溶解度及黏度的理论计算模型。通过实验和理论的研究，探求制冷剂气体分子与基础油分子相互作用对气体溶解度及黏度的影响机理，为合成或配制适合新型混合制冷剂的润滑油提供重要依据。

新法规预示了新的信号：高GWP值制冷工质的限制将会不仅仅局限在汽车空调领域，它将会逐渐扩展到整个制冷行业，新型环保制冷工质的使用已经迫在眉睫。新型制冷工质应用于实际制冷系统中有许多关键技术问题亟待解决，其中寻求与新型制冷工质相匹配的润滑油是首要解决的问题之一。制冷工质/润滑油的溶解特性和黏度是评估适合润滑油的关键热物性指标。鉴于此，本项目开展了溶解特性和气液混合黏度实验测试平台的建立、环保制冷工质与基础油溶解度和黏度的实验测量以及理论研究三个方面的工作。取得的重要成果：（1）建立了制冷工质/润滑油溶解度和黏度的高精度实验系统，其中测量的温度范围为253-353.15 K、压力范围为0-10 MPa，溶解度和黏度的测量不确定均是3.0 %，其精度达到了国际先进水平，为获取宽温度、高精度的实验数据提供了可靠测试平台。同时改进了原有密度测试平台用于制冷工质/基础油，其测量不确定为0.1 %；（2）采用研制的测试平台，全面地开展了HFO1234yf/R600a、HFO1234yf/R290、HFO1234ze(E)/R600a和R1234ze(E)/R290与基础油的溶解度和黏度实验研究，获得了一系列高精度实验数据，丰富了制冷剂与基础油溶解度和黏度的数据库，为推动环保制冷工质的实用化进程提供了基础的物性数据，同时揭示了基础油中碳原子的个数对混合物性的影响规律。（3）首次评估了状态方程结合超额自由能模型计算制冷工质与基础油组成的强非对称混合物溶解度的适用性；成功改进了Krichevsky-Ilinskays模型用于预测中高溶解度的混合体系；提出了一种关系式来表示Eyring-NRTL黏度模型的交互作用参数，实现了对气液混合物黏度的推算。通过理论的研究，建立了能够预测制冷剂与基础油的溶解度和黏度模型，为制冷剂与润滑油混合体系溶解度和黏度的理论计算提供了有力工具。