張慶慶，張華，婁江峰，李佳，趙巍，王襲，劉占杰

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強(qiáng)非共沸工質(zhì)R134a/R23/R14汽液相平衡和壓焓圖的構(gòu)建及應(yīng)用

張慶慶1，張華1，婁江峰1，李佳1，趙巍1，王襲2，劉占杰2

（1上海理工大學(xué)制冷與低溫工程研究所, 上海 200093；2海爾集團(tuán)技術(shù)研發(fā)中心，山東青島 266101）

基于PR狀態(tài)方程，分模塊模擬計(jì)算了三級(jí)自動(dòng)復(fù)疊制冷系統(tǒng)中R134a/R23/R14三元混合工質(zhì)的熱物理特性參數(shù)，得到非共沸混合工質(zhì)的汽液平衡數(shù)據(jù)、兩相組分，并利用干度計(jì)算焓熵值，構(gòu)建了典型配比下混合工質(zhì)的壓焓圖和汽液相平衡圖。二元R134a/R23和R32/R134a混合工質(zhì)的泡點(diǎn)壓力和氣相組分的計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)測(cè)試值的誤差分別小于1.3%、1.2%和1.0%、2.4%；三元R32/R125/R134a混合工質(zhì)95%的計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)值的偏差在±5%之內(nèi)，表明該模型能滿足工程計(jì)算需要。利用理論模型，結(jié)合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，對(duì)R134a/R23/R14三級(jí)自動(dòng)復(fù)疊制冷系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)的組分等熱物性分析，并在空間壓焓圖上進(jìn)行了詳細(xì)表述。

自動(dòng)復(fù)疊制冷；混合物；PR狀態(tài)方程；熱力學(xué)性質(zhì)；計(jì)算機(jī)模擬；壓焓圖

引 言

多級(jí)自動(dòng)復(fù)疊制冷系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于低溫制冷領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)外學(xué)者的相關(guān)研究[1-4]主要集中在系統(tǒng)循環(huán)的優(yōu)化設(shè)計(jì)和混合制冷工質(zhì)的配比優(yōu)選兩個(gè)方面。雖然在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上的系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)取得了顯著成果，如采用帶噴嘴的兩級(jí)自動(dòng)復(fù)疊機(jī)組可在低壓縮比下穩(wěn)定運(yùn)行且具有較高的性能系數(shù)[5]；采用三級(jí)自動(dòng)復(fù)疊機(jī)組可在176 K的低溫下獲得0.253的COP[6]。但對(duì)循環(huán)過(guò)程中混合制冷劑物性的研究非常有限，目前研究人員主要通過(guò)實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)優(yōu)選混合制冷劑的配比，極少會(huì)對(duì)系統(tǒng)中混合制冷劑組分進(jìn)行進(jìn)一步的研究，因此系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中混合制冷劑物性的數(shù)據(jù)非常缺乏，不利于自動(dòng)復(fù)疊系統(tǒng)的優(yōu)化。

在研究團(tuán)隊(duì)大量關(guān)于自動(dòng)復(fù)疊制冷系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上[7-10]，通過(guò)采用PR狀態(tài)方程，模擬計(jì)算了用于自動(dòng)復(fù)疊制冷系統(tǒng)中R134a/R23/R14三元非共沸混合工質(zhì)的熱物理特性參數(shù)，重點(diǎn)模擬二元、三元非共沸混合工質(zhì)在一定配比下的汽液平衡數(shù)據(jù)。主要包括：泡露點(diǎn)的計(jì)算；給定溫度壓力下混合工質(zhì)狀態(tài)的判斷，并計(jì)算相應(yīng)的干度、氣液相組分和焓熵；最后通過(guò)該模型對(duì)實(shí)驗(yàn)運(yùn)行時(shí)的混合工質(zhì)組分進(jìn)行計(jì)算分析，評(píng)估系統(tǒng)裝置運(yùn)行狀態(tài)，構(gòu)建了R134a/R23/R14經(jīng)典配比下的系統(tǒng)壓焓圖，詳細(xì)描述了系統(tǒng)循環(huán)。提出的二元、三元混合工質(zhì)的熱物性計(jì)算模型可為自動(dòng)復(fù)疊制冷系統(tǒng)提供大量可靠的數(shù)據(jù)，同時(shí)為混合工質(zhì)的物性模擬研究提供參考。

1 混合工質(zhì)物性計(jì)算模型

1.1 混合工質(zhì)狀態(tài)方程

混合工質(zhì)的物性模擬計(jì)算選用PR[11]狀態(tài)方程。PR方程既適用于氣相也適用于液相，其計(jì)算氣相密度的精度與PKS狀態(tài)方程相當(dāng)，但計(jì)算液相密度的精度高于PKS方程[12]；該方程比Helmoholtzh能量混合法方程[13]簡(jiǎn)單，只含有兩個(gè)參數(shù)和，只需知道工質(zhì)的臨界參數(shù)及偏心因子，便能計(jì)算工質(zhì)所有的熱力性質(zhì)。PR方程具體表達(dá)式為

方程的壓縮因子形式如下

3-(1-)2+(-32-2)-(-2-3)=0 (2)

1.2 混合規(guī)則

對(duì)于混合工質(zhì)，使用PR方程時(shí)常采用van der Waals covolume混合規(guī)則計(jì)算兩個(gè)混合參數(shù)m和m，形式如下

(4)

式中，x、x為混合工質(zhì)各組分的摩爾分?jǐn)?shù)；k為二元交互作用系數(shù)，常見(jiàn)工質(zhì)的k可查閱相關(guān)資料[14-15]獲得；但用在三級(jí)自動(dòng)復(fù)疊系統(tǒng)中的中低溫工質(zhì)二元交互作用系數(shù)k數(shù)據(jù)非常缺乏，可以通過(guò)k關(guān)聯(lián)模型[16-17]計(jì)算獲得。

1.3 汽液相平衡時(shí)泡露點(diǎn)求解模塊

汽液相平衡時(shí)，氣液相溫度、壓力相等，各相組分的逸度相等v=f，用逸度系數(shù)和組分摩爾比表示為vy=x?；旌瞎べ|(zhì)中組元的逸度系數(shù)可由式(5)計(jì)算得出。

(6)

式中，v和f是組分在氣相和液相中的逸度；v和是組分在氣相和液相中的逸度系數(shù)；y和x是組分在氣相和液相中的摩爾分?jǐn)?shù)，K是組分的相平衡常數(shù)。汽液相平衡一般有4種情況：① 已知溫度初始配比，求對(duì)應(yīng)泡點(diǎn)壓力和氣相組分；② 已知溫度初始配比，求對(duì)應(yīng)露點(diǎn)壓力和液相組分；③ 已知壓力初始配比，求對(duì)應(yīng)泡點(diǎn)溫度和氣相組分；④ 已知壓力初始配比，求對(duì)應(yīng)露點(diǎn)溫度和液相組分。圖1是已知壓力和初始配比，求解對(duì)應(yīng)露點(diǎn)溫度和液相組分的計(jì)算流程圖，其他3種情況的求解流程圖類似。

1.4 兩相區(qū)在汽液平衡時(shí)組分x和y的求解模塊

混合工質(zhì)以一定摩爾比z混合后，給定溫度壓力下，可以通過(guò)對(duì)比泡露點(diǎn)壓力或溫度，判斷混合工質(zhì)此時(shí)的狀態(tài)，如果處在兩相區(qū)，需要對(duì)混合工質(zhì)的干度和氣液相組分進(jìn)行求解，設(shè)干度為，干度的求解目標(biāo)函數(shù)為

使用斜截法求解目標(biāo)函數(shù)，需要對(duì)目標(biāo)函數(shù)求導(dǎo)

(8)

其中

圖2是基于以上理論對(duì)兩相區(qū)干度和氣液相組分求解的流程。

1.5 混合工質(zhì)的焓、熵的求解模塊

在上述模塊求解得到混合工質(zhì)各相組分和干度的前提下，采用余函數(shù)法計(jì)算混合工質(zhì)的焓和熵[18]。

余焓和余熵在PR方程中的表達(dá)式為

r=r+r+M(1-) (10)

(11)

采用IIR(International Institute of Refrigeration)標(biāo)準(zhǔn)確定焓熵的基準(zhǔn)點(diǎn)，工質(zhì)在溫度為273.15 K時(shí)的飽和液體的比熵與比焓分別為1.0 kJ·kg-1·K-1和200 kJ·kg-1。上角標(biāo)“*”表示在相同溫度、壓力下，把流體看成理想氣體時(shí)相應(yīng)的各項(xiàng)熱力性質(zhì)，具體流程如下。

由溫度壓力和氣相摩爾比y，解PR方程，3個(gè)根中的最大實(shí)根是氣相壓縮因子（氣相比容），代入式(9)～式(11)計(jì)算氣相混合物的理想熵*v和理想焓*v，余熵vr和余焓vr；由溫度壓力和液相摩爾比x，解PR方程，3個(gè)根中的最小實(shí)根是液相壓縮因子（液相比容），代入式(9)～式(11)計(jì)算液相混合物的理想熵*l和理想焓*l，余熵sr和余焓hr。圖3是對(duì)混合工質(zhì)給定溫度壓力下所處狀態(tài)（過(guò)冷、兩相區(qū)或者過(guò)熱）判斷并對(duì)其焓熵求解的流程。

2 模擬結(jié)果與分析

該模型適用于任意二元或多元工質(zhì)在任意配比時(shí)的物性模擬，主要對(duì)用于自動(dòng)復(fù)疊制冷系統(tǒng)常見(jiàn)的二元、三元混合制冷劑進(jìn)行了熱物性的模擬，并將模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)局（NIST）制定的REFPROP軟件數(shù)據(jù)進(jìn)行了對(duì)比分析。

圖4是R134a/R23模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)[19]的誤差，從圖中可看出壓力模擬數(shù)據(jù)與實(shí)驗(yàn)值的誤差小于2.0%，平均誤差為1.3%；氣相組分的模擬數(shù)據(jù)與實(shí)驗(yàn)值的平均誤差為1.2%。此外，圖4還比較了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和NIST計(jì)算數(shù)據(jù)之間的誤差，發(fā)現(xiàn)平均誤差為0.5%，且比NIST軟件結(jié)果更接近實(shí)驗(yàn)值。由于應(yīng)用在復(fù)疊系統(tǒng)中的非共沸混合工質(zhì)的沸點(diǎn)相差很大，關(guān)于這些混合工質(zhì)的汽液平衡數(shù)據(jù)鮮有報(bào)道，為了充分驗(yàn)證該模型的準(zhǔn)確性，進(jìn)一步比較了R32/R134a的模擬結(jié)果，圖5顯示了R32/R134a的模擬結(jié)果與文獻(xiàn)[20]中實(shí)驗(yàn)值的誤差。由圖中可知，壓力模擬數(shù)據(jù)與實(shí)驗(yàn)值的誤差小于2.0%，平均誤差為1.0%；氣相組分的模擬數(shù)據(jù)與實(shí)驗(yàn)值的平均誤差為2.4%，模擬結(jié)果同樣優(yōu)于NIST軟件計(jì)算值。

圖5(b) 是R32/R134a氣相組分的模擬數(shù)據(jù)與實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較，主要呈現(xiàn)出較大的負(fù)偏差，即混合工質(zhì)中R32的氣相組分模擬計(jì)算值小于實(shí)驗(yàn)測(cè)量值，原因之一，參考文獻(xiàn)實(shí)驗(yàn)時(shí)測(cè)量的誤差；原因之二，PR狀態(tài)方程在預(yù)測(cè)液體容積時(shí)稍高，這一缺陷在R32/R134a上表現(xiàn)明顯，但在可接受范圍內(nèi)。為論證推廣到三元混合工質(zhì)物性參數(shù)的計(jì)算準(zhǔn)確度，進(jìn)一步比較了R32/R125/R134a三元混合工質(zhì)的模擬結(jié)果，圖6是其計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)值[21]的對(duì)比，95%的計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)值的偏差在±5%之內(nèi)，90%的計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)值的偏差在±3%之內(nèi)，滿足工程應(yīng)用需求。

圖7是初始質(zhì)量比為60/40的R23/R14混合工質(zhì)，通過(guò)模塊模擬計(jì)算得到的壓焓圖，準(zhǔn)確度與NIST軟件進(jìn)行了比較。模擬計(jì)算了54個(gè)點(diǎn)（22個(gè)過(guò)熱氣體點(diǎn)，14個(gè)過(guò)冷液體點(diǎn)，18個(gè)兩相區(qū)點(diǎn)），模擬焓值與NIST的平均誤差為0.88%，熵值平均誤差為0.77%，符合實(shí)際應(yīng)用的精度要求。

由圖4、圖5看出，一定程度上，該模型模擬結(jié)果優(yōu)于NIST模擬的結(jié)果，并且還具有NIST REFPROP軟件不具有的優(yōu)點(diǎn)。NIST REFPROP沒(méi)有公布具體的模擬模型和模擬參數(shù)，該模型的模塊都可以在最新汽液平衡實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，改進(jìn)混合工質(zhì)的相互影響因子等參數(shù)優(yōu)化模型，從而提高模擬的準(zhǔn)確度，具有很高的開(kāi)放性和優(yōu)化性；對(duì)于REFPROP軟件無(wú)法計(jì)算、高壓區(qū)域PR方程計(jì)算誤差較大的參數(shù)點(diǎn)，該模型采用在其附近區(qū)域參數(shù)“插值”的方法來(lái)計(jì)算其狀態(tài)參數(shù)。由于該模型采用模塊模擬，每個(gè)模塊間可以很方便地靈活調(diào)用，軟件內(nèi)部各模塊的相互調(diào)用比調(diào)用外部軟件具有更快的計(jì)算速度，如圖8所示是R134a/R23/R14 = 0.16/0.36/0.48混合工質(zhì)分別使用REFPROP軟件和使用該模型計(jì)算得到的壓焓圖，使用該模型可以避免在調(diào)用REFPROP時(shí)因圖8所示問(wèn)題出現(xiàn)求解不出的情況。

圖8 局部壓焓圖計(jì)算結(jié)果比較(R134a/R23/R14)Fig. 8 Comparison of pressure-enthalpy diagrams for R134a/R23/R14(R134a/R23/R14=65/20/15)

3 系統(tǒng)性能分析

在研究團(tuán)隊(duì)對(duì)三級(jí)自動(dòng)復(fù)疊制冷系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上[22]，使用該模型對(duì)系統(tǒng)性能進(jìn)行分析。系統(tǒng)選用R134a/R23/R14混合工質(zhì)作為制冷劑，質(zhì)量比為經(jīng)典配比65/20/15，系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)高壓2.3 MPa，低壓0.22 MPa。圖9是單級(jí)壓縮三級(jí)自動(dòng)復(fù)疊制冷循環(huán)示意圖。圖10是模擬得到的系統(tǒng)運(yùn)行壓力下，各級(jí)混合工質(zhì)配比與對(duì)應(yīng)泡露點(diǎn)溫度情況的相平衡態(tài)，可用于制冷工質(zhì)初始組分選配分析[9]。

A— compressor; B—condenser; C—dry filter; D—high-temperature phase separator; E—high-temperature valve; F—recuperator; G—high-temperature evaporative condenser; H—middle-temperature phase separator; I—middle-temperature valve; J—recuperator; K—low-temperature evaporative condenser; L—low-temperature valve; M—evaporator; N—expander; P,Q—join points; 1～19—temperature measurement points

R134a/R23/R14三級(jí)自動(dòng)復(fù)疊制冷系統(tǒng)采用混合工質(zhì)，混合工質(zhì)的組分在運(yùn)行過(guò)程中有分離和混合的過(guò)程[23]，混合工質(zhì)組分的改變主要發(fā)生在氣液分離器和分凝換熱器中。通過(guò)該模型計(jì)算得到氣液分離器D中氣相組分比R134a/R23/R14=46/27/27，液相組分比R134a/R23/R14=84/13/03。氣相混合物通過(guò)冷凝換熱器，溫度逐漸降低提純低溫工質(zhì)的含量，冷凝換熱器制冷劑側(cè)進(jìn)出口溫差為3-5=35℃，在其內(nèi)發(fā)生的是復(fù)雜的傳熱傳質(zhì)過(guò)程。為簡(jiǎn)化計(jì)算，提出宏觀上的分段冷凝模型。從制冷劑入口到出口分成段空間，假設(shè)每一段內(nèi)的溫度、壓力、組分不變，各段的溫度逐段降低。第段溫度，壓力不變等于高壓側(cè)壓力，混合工質(zhì)在這一段空間內(nèi)冷凝。如果較大則每段可以看成處在汽液平衡狀態(tài)。已知、、z，通過(guò)兩相區(qū)在汽液平衡時(shí)組分x和y的求解模塊計(jì)算得到氣液相組分，氣相組分進(jìn)入下一段進(jìn)一步冷凝，則下一段的初始組分等于這一段計(jì)算得到的氣相組分z+1=y。由第一段初始組分為3點(diǎn)計(jì)算得到的氣相組分1=46/27/27，在上述模型基礎(chǔ)上取=7迭代計(jì)算出5點(diǎn)組分比R134a/R23/R14=14/35/51。分凝換熱器可以進(jìn)一步提純低溫組分，為了提高循環(huán)的可計(jì)算性可忽略通過(guò)高溫級(jí)氣液分離器底部的混合液體中的R14成分，即通過(guò)高溫級(jí)節(jié)流閥的液體是R134a/R23的混合物。4點(diǎn)和17點(diǎn)組分相同、節(jié)流前后焓相同，假設(shè)R134a/R23混合工質(zhì)組分初值，由實(shí)驗(yàn)測(cè)得的溫度壓力利用混合工質(zhì)焓熵模塊計(jì)算得到4、17，判斷4=17?若不相等調(diào)整混合工質(zhì)組分，繼續(xù)循環(huán)計(jì)算；若相等則跳出循環(huán)。最后循環(huán)得到4、17點(diǎn)的混合工質(zhì)比R134a/R23=80/20，再已知混合工質(zhì)組分、溫度、壓力就可以判斷4、17點(diǎn)的狀態(tài)，4點(diǎn)的泡點(diǎn)溫度為317.5 K，過(guò)冷度為14.37 K。同理得到7點(diǎn)的組分R134a/R23/R14= 25/47/28，8點(diǎn)組分R23/R14=22/78，7點(diǎn)的泡點(diǎn)溫度為237.74 K，過(guò)冷度為2.59 K。4點(diǎn)的過(guò)冷度很大，而7點(diǎn)的過(guò)冷度不大。分析原因，在分凝換熱器F中，混合工質(zhì)入口第一段初始組分是根據(jù)3點(diǎn)得到1=46/27/27，在此配比下，=2.3 MPa時(shí)，dew=306.77 K>5=272.15 K，在F中發(fā)生冷凝，較冷冷凝液體由F回到氣液分離器D中，所以4點(diǎn)過(guò)冷度很大；而在分凝換熱器J中，混合工質(zhì)入口第一段初始組分是根據(jù)6點(diǎn)得到1=0/22/78，在此配比下，=2.3 MPa時(shí)，dew=228.05 K<8=228.15 K，所以在J中溫度始終高于露點(diǎn)溫度，沒(méi)有發(fā)生冷凝，沒(méi)有較冷液體回到氣液分離器H中，所以7點(diǎn)的過(guò)冷度較小。

表1是在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，通過(guò)模擬計(jì)算得到的自動(dòng)復(fù)疊系統(tǒng)中各點(diǎn)的狀態(tài)參數(shù)。由表1可以清楚地看到系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定時(shí)各個(gè)部件中的氣液組分情況，也得到了熱力分析需要的各點(diǎn)熱力參數(shù)，包括干度、氣液相組分和焓熵等。在傳統(tǒng)的工程應(yīng)用中，為了簡(jiǎn)化熱力計(jì)算經(jīng)常假設(shè)高低溫組分在氣液分離器中完全分離，即混合工質(zhì)通過(guò)高溫級(jí)氣液分離器D后4點(diǎn)的組分為R134a，5點(diǎn)的組分為R23/R14；在通過(guò)中溫級(jí)氣液分離器H后7點(diǎn)的組分為R23，8點(diǎn)的組分為R14。通過(guò)表1，可以看到混合工質(zhì)通過(guò)高溫級(jí)氣液分離器D后4點(diǎn)組分為R134a/R23的混合物，R23的組分占到了20%，而不是傳統(tǒng)假設(shè)的R134a純工質(zhì)流。5點(diǎn)的組分中仍含有R134a，比例為14%。在通過(guò)中溫級(jí)氣液分離器H后8點(diǎn)的組分為R23/R14的混合物，R23的比例為22%，而不是傳統(tǒng)假設(shè)的R14純工質(zhì)流?？梢?jiàn)對(duì)循環(huán)過(guò)程進(jìn)行準(zhǔn)確的熱力分析必須對(duì)混合工質(zhì)熱物性進(jìn)行計(jì)算，進(jìn)而才能對(duì)系統(tǒng)性能進(jìn)行較準(zhǔn)確的評(píng)估。

表1 循環(huán)過(guò)程中各點(diǎn)熱力計(jì)算Table 1 Calculated thermodynamic properties of auto-cascade system

制冷循環(huán)過(guò)程習(xí)慣用壓焓圖表示，但在三級(jí)自動(dòng)復(fù)疊制冷系統(tǒng)中無(wú)法用一個(gè)壓焓圖直觀地表示，該系統(tǒng)涉及到二元與三元不同比例混合工質(zhì)的壓焓圖，所以想要準(zhǔn)確用壓焓圖表示R134a/R23/R14三級(jí)自動(dòng)復(fù)疊制冷循環(huán)過(guò)程必須計(jì)算一定比例下的R134a/R23、R23/R14和R134a/R23/R14的熱力學(xué)物性。在表1計(jì)算得到組分比的基礎(chǔ)上，通過(guò)該模型計(jì)算得到了質(zhì)量比為R134a/R23=80/20，R23/R14= 22/78，R134a/R23/R14=65/20/15，R134a/R23/R14 = 25/47/28，R134a/R23/R14 = 14/35/51的壓焓圖，進(jìn)一步得到圖11，由圖11可以詳細(xì)看到系統(tǒng)中各點(diǎn)狀態(tài)及系統(tǒng)循環(huán)過(guò)程。

4 結(jié) 論

通過(guò)對(duì)R134a/R23/R14三級(jí)自動(dòng)復(fù)疊制冷系統(tǒng)的理論和實(shí)驗(yàn)研究分析，得到如下結(jié)論。

（1）基于PR方程，通過(guò)斜截法，分模塊準(zhǔn)確模擬了用在該復(fù)疊系統(tǒng)中的R134a/R23/R14三元工質(zhì)的熱物性，包括汽液平衡泡露點(diǎn)的求解，并提出以干度為目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行氣液相組分的求解，并進(jìn)一步利用干度對(duì)混合工質(zhì)氣液相焓熵求解，給出了詳細(xì)的物理模型和流程圖。

（2）通過(guò)R134a/R23和R32/R134a的模擬結(jié)果與汽液平衡實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)汽液平衡壓力模擬結(jié)果平均誤差小于1.3%和1.0%；組分的模擬結(jié)果平均誤差分別小于1.2%和2.4%，比NIST計(jì)算結(jié)果更接近實(shí)驗(yàn)值；也給出了R23/R14質(zhì)量比0.6:0.4時(shí)的壓焓圖，與NIST平均誤差小于1.0%，模擬結(jié)果滿足工程應(yīng)用的需要。

（3）在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，應(yīng)用該模擬程序?qū)ο到y(tǒng)進(jìn)行了組分分析，具體給出了各混合工質(zhì)在運(yùn)行壓力下的汽液平衡圖；對(duì)設(shè)備各點(diǎn)進(jìn)行了熱力計(jì)算，得到系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定時(shí)各個(gè)部件中的氣液組分情況，給出了系統(tǒng)循環(huán)過(guò)程的空間壓焓圖，并與傳統(tǒng)分析進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)必須對(duì)混合工質(zhì)熱物性進(jìn)行計(jì)算才能準(zhǔn)確評(píng)價(jià)系統(tǒng)性能。

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Construction and application for VLE and pressure-enthalpy diagrams of R134a/R23/R14 zeotropic mixtures

ZHANG Qingqing1,ZHANG Hua1,LOU Jiangfeng1,LI Jia1,ZHAO Wei1,WANG Xi2,LIU Zhanjie2

(1Institute of Refrigeration and Cryogenic Engineering, University of Shanghai for Science and Technology, Shanghai 200093, China;2Haier Group Technology R & D Center, Qingdao 266101, Shandong, China)

The thermodynamic properties of R134a/R23/R14 ternary mixtures used in three-stage auto-cascade refrigeration systems were calculated based on the PR equation, and enthalpy and entropy were calculated by using dryness. The diagrams of pressure-enthalpy and VLE of R134a/R23/R14 mixture under the typical composition were given. The deviations of bubble pressure and vapor composition between simulation results and the experimental data were less than 1.3% and 1.2% for R134a/R23, 1.0% and 2.4% for R32/R134a, respectively. The deviations of 95% calculated values of R32/R125/R134a were between ±5%. The simulation results could meet the requirements of engineering calculation. Based on the experiment, the thermodynamic properties of the auto-cascade refrigeration system were analyzed in detail. The pressure-enthalpy diagrams of R134a/R23, R23/R14 and R134a/R23/R14 under the operating compositions were given, and the diagram of spatial pressure-enthalpy described the circle of this system clearly. This simulation program could analyze the system circle effectively.

auto-cascade refrigeration; mixtures; PR equation; thermodynamic properties; computer simulation; pressure-enthalpy diagram

10.11949/j.issn.0438-1157.20141676

TB 657.3

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51176124)；國(guó)際科技合作項(xiàng)目(2012DFR70430)。

2014-11-12.

Prof. ZHANG Hua, Zhanghua3000@163.com

supported by the National Natural Science Foundation of China (51176124) and the International S&T Cooperation Program of China (ISTCP) (2012DFR70430).

A

0438—1157（2015）07—2387—08

2014-11-12收到初稿，2015-04-23收到修改稿。

聯(lián)系人：張華。第一作者：張慶慶（1988—），女，碩士研究生。