史紅艷 吳建華

（西安交通大學(xué)能源與動力工程學(xué)院 西安 710049）

R32與POE或PVE潤滑油混合物的物性計算模型與分析

史紅艷 吳建華

（西安交通大學(xué)能源與動力工程學(xué)院 西安 710049）

準(zhǔn)確計算制冷劑-潤滑油混合物的熱力性能是分析和評價潤滑油對壓縮機(jī)性能影響的基礎(chǔ)。根據(jù)廠家提供的實驗數(shù)據(jù)，利用顯式擬合關(guān)聯(lián)式法和經(jīng)驗公式修正，本文分別給出了R32／POE和R32／PVE混合物工質(zhì)對的物性計算模型，同時用相同的方法給出了R410A／POE的混合物溶解度與黏度計算模型來進(jìn)行對比，模型對物性參數(shù)的預(yù)測值與廠家提供的實驗數(shù)據(jù)的偏差均在5%以內(nèi)，為壓縮機(jī)優(yōu)化設(shè)計及性能分析提供了準(zhǔn)確、可靠的熱力學(xué)模型。此外，在GX工況下對比分析了混合物溶解度隨溫度、壓力的變化及混合物黏度隨溶解度、溫度、壓力的變化，并對混合物的物性做了比較分析，對于制冷劑R32，PVE潤滑油較POE潤滑油更適用于；而對于潤滑油POE，R32與POE的混合性較R410A與POE的混合性好。

制冷劑；潤滑油；熱物理性質(zhì)；模型

制冷劑的熱物理性能和潤滑油相距甚遠(yuǎn)，其溶解于油池內(nèi)潤滑油中，會引起潤滑油熱力性能的劇烈變化，進(jìn)而影響壓縮機(jī)性能。因此，準(zhǔn)確計算制冷劑-潤滑油混合物的熱力性能是分析和評價潤滑油對壓縮機(jī)性能影響的基礎(chǔ)。制冷劑和潤滑油混合物熱力性質(zhì)的計算主要有三種形式：一是圖表法，這類方法操作簡單，缺點(diǎn)是不滿足系統(tǒng)模擬仿真的大量快速計算要求。二是狀態(tài)方程法［1］，狀態(tài)方程及輔助方程是建立在嚴(yán)格的理論基礎(chǔ)和實驗結(jié)果上，因此具有精度高，應(yīng)用范圍廣的優(yōu)點(diǎn)。但是該方法的主要缺點(diǎn)是計算結(jié)果高度依賴于潤滑油的組分及組分結(jié)構(gòu)，在潤滑油組分參數(shù)不可知的情況下，難以得到制冷劑-潤滑油的熱力性質(zhì)。第三類是擬合關(guān)聯(lián)式法［2］，這種方法是在已有實驗數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，在一定理論基礎(chǔ)上提出的一種快速擬合計算公式。由于該計算公式高度依賴已知數(shù)據(jù)，其應(yīng)用范圍取決于已知數(shù)據(jù)范圍。擬合關(guān)聯(lián)式的提出主要是滿足工程中的模擬仿真計算。

R32的一個主要缺陷是排氣溫度和排氣壓力過高，必須注意所用潤滑油的高溫穩(wěn)定性。Takahashi H等［3］研究了如何提高POE潤滑油與R32的互溶性以及混有制冷劑的潤滑油的潤滑特性，并沒有提出溶解度及混合物黏度模型公式，Hung J T等［4］給出了CO2與POE油的溶解度與黏度公式，但是這些公式是在潤滑油組分和分子量一致的情況下給出的，而且公式比較繁瑣，Hessell E T等［5］對POE潤滑油進(jìn)行優(yōu)化以在保證潤滑的情況下更好地與R32互溶，也沒有給出溶解度與混合物黏度公式。Tanaka M等［6］分析了POE和PVE潤滑油與R32的互溶性及混合物的黏度，并分析了選用不同潤滑油對壓縮機(jī)穩(wěn)定性的影響，也沒有涉及混合模型計算。Leon U等［7］分析了潤滑油與制冷劑的溶解特性，并給出了POE分別與R32和R410A的溶解度關(guān)系曲線，但并沒有給出溶解度計算模型。

對于R32所用潤滑油，以往的研究都是對潤滑油與制冷劑的互溶性、溶解度以及混合物粘度進(jìn)行分析研究，并沒有給出具體的混合模型公式。目前的研究熱點(diǎn)是準(zhǔn)確計算R32和潤滑油混合物熱物性，其中應(yīng)用于R32較多的潤滑油是POE和PVE，由于潤滑油公司的技術(shù)保密，很難得到潤滑油的詳細(xì)組分組成數(shù)據(jù)，因此純粹的理論計算由于缺少必要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)而難以進(jìn)行?；诖耍疚母鶕?jù)廠家提供的實驗數(shù)據(jù)，提出較為完整的R32分別與POE、PVE潤滑油混合物的擬合計算關(guān)聯(lián)式，以POE-VG74和PVE-VG68分別與R32混合為例進(jìn)行計算，由于同一種潤滑油物性相差較小，可以此推知同一種其他黏度級別的潤滑油的物性，為壓縮機(jī)的優(yōu)化設(shè)計與性能分析提供準(zhǔn)確可靠的熱力學(xué)參數(shù)。

1 模型擬合所需已知數(shù)據(jù)的獲取

由于技術(shù)保密，潤滑油廠家或者壓縮機(jī)廠家給出的實驗數(shù)據(jù)較少，只給出了溶解度的實驗數(shù)據(jù)擬合曲線。但根據(jù)NIST軟件REFPROP8.0可查出制冷劑的物性，當(dāng)制冷劑在潤滑油中的溶解度為100%時，從實驗曲線可以查出制冷劑的物性數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)不僅存在實驗誤差還會產(chǎn)生讀取誤差，但與NIST軟件REFPROP8.0查得的物性數(shù)據(jù)對比可以看出誤差不超過3%。因此，查得的溶解度-溫度-壓力數(shù)據(jù)可靠，在文中直接作為已知數(shù)據(jù)使用。

對于混合物黏度已知數(shù)據(jù)，廠家給出的是制冷劑潤滑油混合物運(yùn)動黏度-溫度-溶解度的實驗曲線和部分溫度點(diǎn)的純潤滑油的運(yùn)動黏度，當(dāng)制冷劑溶解度為0%時即是純油的黏度，查得實驗曲線的數(shù)值與所給單個點(diǎn)的數(shù)據(jù)相差很小，小于2%，可認(rèn)為廠家提供實驗曲線可靠，在控制好讀取誤差的情況下可以得到較為精確的黏度數(shù)據(jù)，并在文中將此作為已知數(shù)據(jù)使用。

2 制冷劑＆潤滑油混合物物性計算

在實驗過程中，可以觀察到潤滑油池中的潤滑油是均勻而明顯的分層狀態(tài)，因此，可以認(rèn)為潤滑油和制冷劑是完全互溶的，將其混合物視為非共沸工質(zhì)。考慮到潤滑油池內(nèi)部最高溫度可在100℃以上，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過制冷劑R32的臨界溫度，可以認(rèn)為R32與潤滑油的互溶導(dǎo)致了R32在超過臨界點(diǎn)附近某一點(diǎn)后，其物性不能按照純態(tài)物性數(shù)據(jù)進(jìn)行計算，即應(yīng)該考慮混合后的混合偏差。目前國內(nèi)外學(xué)者針對這一現(xiàn)象還沒有提出可供參考的物理模型，考慮到潤滑油和制冷劑混合后的物性不是簡單的疊加，認(rèn)為應(yīng)該有一個偏差函數(shù)描述實際混合物物性。

2.1 溶解度

研究表明，制冷劑在潤滑油池內(nèi)的溶解度顯著影響油池內(nèi)潤滑油的物性，進(jìn)而影響潤滑油對壓縮機(jī)的潤滑性能和換熱性能，從而影響壓縮機(jī)的性能和可靠性［8-10］。溶解度反映了制冷劑-潤滑油混合物的蒸發(fā)壓力、蒸發(fā)溫度及制冷劑濃度之間的對應(yīng)關(guān)系，對研究潤滑油是否匹配壓縮機(jī)至關(guān)重要。國內(nèi)外學(xué)者對此都做過相關(guān)研究，一般是通過基于混合模型和活度模型方法［11-12］得到混合物的飽和壓力表達(dá)式，然后經(jīng)過數(shù)學(xué)變換求得溶解度的表達(dá)方程?？紤]到在實際操作中，通過飽和壓力和溫度變換求解潤滑油濃度，在接近飽和壓力附近，隨著溶解度-飽和壓力非線性關(guān)系增強(qiáng)，變換結(jié)果的誤差將難以控制，而這種不可控的誤差將對模擬計算造成影響。此外，由于理論求解模型的參數(shù)過于復(fù)雜，有些參數(shù)甚至難以獲得，本文提出基于溫度和飽和壓力的R32在油池全范圍內(nèi)的溶解度擬合計算表達(dá)式，擬合結(jié)果與實驗數(shù)據(jù)的對比如圖1所示。

2.1.1 R32＆POE-VG74溶解度關(guān)聯(lián)式

1）不分區(qū)擬合法

直接對全區(qū)域的實驗曲線數(shù)據(jù)進(jìn)行觀察并擬合溶解度-壓力-溫度之間的關(guān)系如下：

擬合式系數(shù)如表1所示。此方法誤差有些已經(jīng)超出5%，與三區(qū)擬合法相比誤差較大。

2）分區(qū)擬合法

將整個溫度和壓力（4.5 MPa以下）分為三部分：超臨界區(qū)（t≥70℃）、亞臨界Ⅰ區(qū)（t＜70℃，且p／psat≤0.95）和亞臨界Ⅱ區(qū)（t＜70℃，且p／psat＞0.95）。采用分區(qū)的方法，可以在不同區(qū)采用不同的計算模型，既保證區(qū)間內(nèi)的物理特性和精度，又滿足整個區(qū)域的格式統(tǒng)一。

（1）超臨界區(qū)即高溫區(qū)（t≥70℃），制冷劑潤滑油混合物溶解度計算關(guān)聯(lián)式為：

式中：S′（T）為高溫區(qū)間，壓力p=4.5 MPa（實驗數(shù)據(jù)最高壓力）時候?qū)?yīng)的溶解度；F（x，y）為修正函數(shù)；x為壓力系數(shù)；y為溫度系數(shù)。S′（T）和F（x，y）的表達(dá)式分別如下：

該式的特點(diǎn)是具有端點(diǎn)特性，即在壓力分別等于4.5 MPa和0 MPa時，很好地符合溶解度曲線關(guān)系。該擬合式各系數(shù)參見表1。

（2）在亞臨界Ⅰ區(qū)即低溫遠(yuǎn)飽和區(qū)（t＜70℃，且p／psat≤0.95），制冷劑潤滑油混合物溶解度計算關(guān)聯(lián)式為：

式中：x，y和F（x，y）的表達(dá)式分別如下：

該式的特點(diǎn)是具有端點(diǎn)特性，即在壓力等于0 MPa時，壓力系數(shù)x=1，滿足潤滑油被視為非揮發(fā)物質(zhì)的假設(shè)；當(dāng)壓力等于飽和壓力時，壓力系數(shù)x=0，混合物的壓力溫度關(guān)系正好等于純制冷劑的溫度-飽和壓力關(guān)系，即溶解度等于1。該擬合式各系數(shù)參見表1。

（3）在亞臨界Ⅱ區(qū)即低溫近飽和區(qū)（t＜70℃，且p／psat＞0.95），關(guān)聯(lián)式為：

式中：S0.95為在給定溫度下壓力為0.95倍制冷劑飽和壓力下時對應(yīng)的溶解度；psat為給定溫度下制冷劑的飽和壓力。

由于制冷劑潤滑油混合物的飽和壓力-溶解度之間關(guān)系的斜率變化非常劇烈，且一般情況下潤滑油池內(nèi)的溶解度難以達(dá)到近飽和狀態(tài)。因此，對這部分制冷劑潤滑油混合物溶解度計算做線性關(guān)系處理，以保證模擬計算程序運(yùn)行的準(zhǔn)確性和可靠性。

該擬合式各系數(shù)及擬合結(jié)果見表1及圖1（a）。根據(jù)經(jīng)驗判斷在壓縮機(jī)內(nèi)部R32在潤滑油中的溶解度一般不會超過40%，系統(tǒng)壓力不超過4.5 MPa，不低于0.5 MPa，在這一范圍內(nèi)擬合公式計算值與潤滑油廠家所給溶解度曲線查圖觀察值的誤差基本均在5%以內(nèi)，認(rèn)為公式可用。實驗曲線讀取值與擬合公式計算值的比較如表2所示。

為了提高計算結(jié)果的精度，本文溶解度計算模型采用 三 區(qū) 擬 合 法，并 對 R410A＆POE-VG74，R32＆PVE-VG68的溶解度-壓力-溫度也采用三區(qū)法進(jìn)行了擬合，以比較R32和R410A分別與POE潤滑油的混合特性，擬合結(jié)果如下。

2.1.2 R410A＆POE-VG74溶解度關(guān)聯(lián)式

1）超臨界區(qū)（t≥70℃）

對于該部分制冷劑潤滑物ROM溶解度關(guān)聯(lián)式提出如下形式：

式中：S′（T）為超臨界區(qū)混合物，在壓力達(dá)到4.5 MPa時候?qū)?yīng)的溶解度。其中：

偏差函數(shù)為：

2）亞臨界Ⅰ區(qū)（t＜70℃，且p／psat≤0.95）

該部分模型為：

偏差函數(shù)為：

3）亞臨界Ⅱ區(qū)（t＜70℃，且p／psat＞0.95）

實際測量結(jié)果表明，當(dāng)p接近飽和蒸氣壓psat時，溶解度S將會急劇增加到1，具有很強(qiáng)的非線性，直接采用一般區(qū)域的計算模型，將會導(dǎo)致在該部分溶解度有很大的計算誤差，因此對該部分溶解度擬采取線性擬合，即：

2.1.3 R32＆PVE-VG68溶解度關(guān)聯(lián)式

1）對高溫區(qū)（t≥90℃），制冷劑潤滑油混合物溶解度計算關(guān)聯(lián)式為：

式中：S′（T）為高溫區(qū)間壓力p=6.0 MPa（實驗數(shù)據(jù)最高壓力）時對應(yīng)的溶解度。S′（T）和F（x，y）的表達(dá)式分別如下：

2）在亞臨界Ⅰ區(qū)即低溫遠(yuǎn)飽和區(qū)（t＜90℃，且p／psat≤0.95），制冷劑潤滑油混合物溶解度計算關(guān)聯(lián)式為：

式中：F（x，y）和psat的表達(dá)式分別如下：

3）在亞臨界Ⅱ區(qū)即低溫近飽和區(qū)（t＜90℃，且p／psat＞0.95），關(guān)聯(lián)式為：

圖1（a）為制冷劑R32＆POE-VG74混合物溶解度-溫度-壓力的擬合曲線和廠家所給實驗曲線查圖數(shù)據(jù)的比較。由圖知計算曲線與實驗數(shù)據(jù)比較一致，同時看出同一壓力下，溫度越高溶解度越小。由于制冷劑物性與潤滑油物性相差較大，所以壓縮機(jī)中油池溫度盡量高，以保證潤滑油的原有物性。圖1（b）所示的R32＆PVE-VG68也具有相同的特點(diǎn)。圖2（a）為R32分別與兩種潤滑油的溶解度-溫度-壓力的擬合曲線?？梢钥闯觯趤喤R界I區(qū)，相同壓力和相同溫度下，R32在POE中的溶解度較小。在潤滑油均為POE時，R32與R410A的溶解度-溫度-壓力曲線相比較如圖2（b）所示，在亞臨界I區(qū)，R32在POE中的溶解度較小。

圖1 壓力-溫度-溶解度模型計算結(jié)果與實驗曲線查得值對比Fig.1 Comparison between model and experimental data of pressure-tem perature-solubility

2.2 運(yùn)動黏度

經(jīng)典的ROM混合物黏度的理論計算公式一般采用基于吉布斯自由能的Erying theory［1，13］，該方法的一個主要問題是擬合必須精確求出ROM混合物的吉布斯自由能；另外一種計算方式是基于F-theory［14］的增強(qiáng)型疊加多項式，原理是綜合考慮混合物的組分概念和各組分之間分子力應(yīng)該平衡的概念。該方法在實際應(yīng)用中也存在兩個難點(diǎn)：1）需要運(yùn)用氣液平衡狀態(tài)方程回歸求得混合物組分的參考壓力；2）需要知道潤滑油組分構(gòu)成。這兩種方法在實際模擬計算中都存在參數(shù)過多，需要大量迭代的缺點(diǎn)。魏文建等［2］在Jensen公式的基礎(chǔ)上提出了基于溫度-溶解度R410A／POEVG68二元增強(qiáng)型混合物黏度計算模型。本文在已有實驗數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，提出基于溫度-溶解度的R32／潤滑油混合物黏度計算對數(shù)擬合關(guān)聯(lián)式。該關(guān)聯(lián)式具有計算簡單、結(jié)果可靠的優(yōu)點(diǎn)。R32＆VG74廠家給出的黏度實驗曲線是運(yùn)動黏度，其擬合形式為：

圖2 R32＆POE，R32＆PVE及R410A＆POE混合物的壓力-溫度-溶解度計算曲線對比Fig.2 Com parison of pressure-tem perature-solubility am ong R32＆POE，R32＆PVE and R410A＆POE

表1 各溶解度關(guān)聯(lián)式擬合式系數(shù)Tab.1 The coefficient of correlation of solubility

該擬合式各系數(shù)及擬合結(jié)果參見表3及圖3 （a）。由圖可看出，該擬合式能比較光滑地擬合已知的實驗數(shù)據(jù)，擬合趨勢比較符合預(yù)期結(jié)果。在常用范圍內(nèi)，誤差比較小，公式可靠。用同樣的方法對R32＆PVE-VG68和R410A＆POE-VG74的運(yùn)動黏度關(guān)聯(lián)式進(jìn)行了擬合。擬合式計算值和廠家實驗曲線觀察值的對比如圖3（b）所示，擬合結(jié)果如下：

R32＆PVE-VG68運(yùn)動黏度：

R410A＆POE-VG74運(yùn)動黏度：

表2 廠家所給溶解度實驗曲線值與擬合公式計算值的比較（R32＆POE-VG74）Tab.2 Comparison between experiment data and correlation data for R32＆POE-VG74

表3 制冷劑和滑油混合物運(yùn)動黏度擬合關(guān)聯(lián)式系數(shù)Tab.3 The coefficient of correlation of m ixture kinematic viscosity

由圖4（a）和圖4（b）知，R32與POE-VG74、PVEVG68兩種潤滑油的混合物黏度計算曲線與實驗數(shù)據(jù)比較一致。在同一溶解度下，溫度越高，混合物黏度越??；同一溫度下，R32在兩種潤滑油中的溶解度越大混合物黏度越小。

圖5（a）為在GX工況下冷凝溫度為46℃時，得到同一種油兩種制冷劑溶解度與過熱度的關(guān)系。對于高背壓壓縮機(jī)，壓縮機(jī)內(nèi)部油池處于排氣壓力狀態(tài)，GX工況下R32的油池溫度約為75℃，過熱度為29℃，而R410A約為65℃，過熱度為19℃。結(jié)合圖5（a）及圖4（b）可知，在油池內(nèi)，同種工況下R32在POE中的溶解度約為15%，黏度為4.5 mm2／s，而R410A在 POE中的溶解度約為 22%，黏度為 3 mm2／s，說明POE更適用于R32；圖5（b）為在GX工況下蒸發(fā)溫度為10℃時，得到同一種油兩種制冷劑溶解度與過熱度的關(guān)系，對于低背壓壓縮機(jī)，壓縮機(jī)內(nèi)部油池處于吸氣壓力狀態(tài)。結(jié)合圖4（b）及圖5 （a）知，在相同過熱度下，R32在POE中的溶解度較R410A小，同一過熱度下，混合物黏度較大，說明低背壓情況下，同樣POE更適用于R32。

圖3 黏度-溫度-溶解度模型計算結(jié)果與實驗數(shù)據(jù)對比Fig.3 Comparison between model and experimental data of viscosity-tem perature-solubility

圖4 R32＆POE，R32＆PVE及R410A＆POE混合物的黏度-溫度-溶解度計算曲線對比Fig.4 Com parison of viscosity-temperature-solubility among R32＆POE，R32＆PVE and R410A＆POE

圖5 R32／R410A＆POE溶解度與過熱度的關(guān)系Fig.5 Relationship between solubility and superheat tem perature of R32／R410A＆POE

由于相同溫度下，制冷劑黏度遠(yuǎn)小于潤滑油黏度，根據(jù)溶解度關(guān)系曲線知，溫度越高，溶解度越小，而根據(jù)黏度曲線可知，溫度越高，純潤滑油黏度越小。綜合分析可知，溫度高帶來的溶解度的減少使混合物黏度的增加量大于溫度高帶來的純潤滑油黏度的減少，所以應(yīng)增大油池過熱度來增高溫度以保證油池中混合物的黏度滿足潤滑需要。

2.3 混合物密度

采用簡化計算方法，在沒有實驗數(shù)據(jù)的情況下，根據(jù)魏文建等［2］分析建議當(dāng)制冷劑密度大于潤滑油濃度時，采用Jensen M K等［15］公式，反之采用Barbosa J R等［16］公式計算混合密度。由于POE-VG74，PVE-VG68在同溫度下密度均小于R32制冷劑的液體密度，因此建議采用Jensen M K等［15］公式，其形式為：

式中：公式適用范圍為［233.15 K，423.15 K］。

2.4 混合物導(dǎo)熱系數(shù)

Mermond Y等［10］，Conde M R等［9］采用Flilippov計算式，其形式為：

此公式為制冷劑中含有潤滑油，ω1為潤滑油在制冷劑中的溶解度，只須改為如下形式即可：

公式適用范圍［233.15 K，423.15 K］，此公式對R32＆POE和R32＆PVE均適用。

2.5 混合物比熱容

在沒有實驗數(shù)據(jù)的情況下，建議采用Jensen M K等［15］公式，且Baustian J J等［17］以及Lottin O等［18］均驗證該式預(yù)測值與其實驗值的偏差在5%以內(nèi)，其形式為：

公式適用范圍為［233.15K，423.15K］。此公式對R32＆POE和R32＆PVE均可適用。

2.6 混合物表面張力

Jensen M K等［15］、Lloyd J R等［19］和 Bell K I等［20］分別給出各自的表面張力計算式，其中Lloyd J R等［19］的兩個計算式分別基于R12＆MO-VG32和R134a＆POE-VG32的數(shù)據(jù)給出。而 Bell K I等［20］計算是基于R113＆MO-VG68的數(shù)據(jù)給出。魏文建等［2］根據(jù)實驗數(shù)據(jù)對Jensen模型進(jìn)行了修正，結(jié)果為：

式中：σmix，L，σr和 σo為混合物表面張力，mN／m。公式適用范圍為［233.15 K，423.15 K］。此公式可以用于R32＆POE混合物表面張力的計算。在沒有實驗數(shù)據(jù)的情況下可認(rèn)為此公式也適用于PVE潤滑油混合物的表面張力計算。

2.7 混合物比焓

根據(jù)比熱的積分式直接計算比焓：

式中：公式適用范圍為［233.15 K，423.15 K］。

取T0=233.15 K為混合物比焓計算參考零點(diǎn)，即在-40℃時候制冷劑和潤滑油的比焓均為0 kJ／kg。此式對R32＆POE和R32＆PVE均適用。

3 結(jié)論

本文根據(jù)已知數(shù)據(jù)，利用顯式擬合關(guān)聯(lián)式法和經(jīng)驗推算，分別給出了R32＆POE-VG74和R32＆PVEVG68混合物的物性計算模型。這些物性計算模型簡單、可靠，模型對物性參數(shù)的預(yù)測值與已知數(shù)據(jù)的偏差均在5%以內(nèi)。同時對混合物的物性做了比較分析，對同一制冷劑R32，PVE潤滑油較POE潤滑油更適用于R32，而對于同一潤滑油POE，R32與POE的混合性較R410A與POE的混合性好。模型主要用于分析油池中制冷劑含量對潤滑油物性的影響，進(jìn)而分析對壓縮機(jī)性能如軸承部分潤滑、零部件間隙泄漏，壓縮機(jī)傳熱散熱等的影響。

符號說明

cp——定壓比熱容，kJ／（kg·K）

T——溫度，K

t——溫度，℃

p——壓力，MPa

h——比焓，kJ／kg

ρ——密度，kg／m3

v——運(yùn)動黏度，mm2／s

σ——表面張力，mN／m

S——制冷劑在潤滑油中的溶解度

λ——導(dǎo)熱系數(shù)，mW／（m·K）

下標(biāo)：

L——液體

mix——含油制冷劑

o——潤滑油

r——制冷劑

sat——飽和

c——臨界

conden——冷凝

vapor——蒸發(fā)

本文受廣東省產(chǎn)學(xué)研項目（2014B090901006）——新型環(huán)保R32空調(diào)用高效壓縮機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)研究及產(chǎn)業(yè)化資助。（The project was supported by Guangdong Province Department of Science and Technology（No.2014B090901006）——new environmental protection R32 research and industrialization of key technologies for high efficiency compressor of air conditioner.）

［1］ Neto M A M，Barbosa J R.Solubility，density and viscosity of a mixture of R-600a and polyolester oil［J］.Internation-al Journal of Refrigeration，2008，31（1）：34-44.

［2］ 魏文建，丁國良，胡海濤，等.R410A制冷劑和 POE VG68潤滑油混合物熱物性模型［J］.制冷學(xué)報，2007，28 （1）：37-44.（WEI Wenjian，DING Guoliang，HU Haitao，et al.Models of thermodynamic and transport properties of POE VG68［J］.Journal of Refrigeration，2007，28（1）：37-44.）

［3］ Takahashi H，Takikawa K，Okido T.Development of refrigeration oil for use with R32［C］／／International Refrigeration and Air Conditioning Conference.West Lafayette，USA，2014：2351.

［4］ Hung J T，Tsaih J S，Tang H H.A new method for calculating viscosity and solubility of lubricant-refrigerant mixtures ［C］／／International Refrigeration and Air Conditioning Conference.West Lafayette，USA，2014：2407.

［5］ Hessell E T，Urrego R A，Benanti T L.Lubricants optimized for use with R-32 and related low GWP refrigerant blends［C］／／International Refrigeration and Air Conditioning Conference.West Lafayette，USA，2014：2413.

［6］ Tanaka M，Matsuura H，Taira S，et al.Selection of a refrigeration oil for the R32 reliability refrigerant and evaluation of the compressor［C］／／International Compressor Engineering Conference.West Lafayette，USA，2014：1288.

［7］ Leon U，Arturo R，Benanti T L，et al.Solution properties of polyol ester lubricants designed for use with R-32 and related low-GWP refrigerant blends［C］／／International Compressor Engineering Conference.West Lafayette，USA，2014：1491.

［8］ Thome J R.Comprehensive thermodynamic approach to modeling refrigerant-lubricating ail mixtures［J］.HVAC＆R Research，1995，1（2）：110-125.

［9］ Conde M R.Estimation of thermophysical properties of lubrication oils and their solutions with refrigeration：an appraisal of existing methods［J］.Applied Thermal Engineering，1996，16（1）：51-61.

［10］Mermond Y，F(xiàn)eidt M，Marvillet C.Thermodynamic and physical properties of mixtures of refrigerants and oils［J］. International Journal of Refrigeration，1999，22（3）：569-579.

［11］侯樹鑫，段遠(yuǎn)源，王曉東.氫氟烴+潤滑油混合物氣液相平衡模型［J］.工程熱物理學(xué)報，2008，29（6）：927-930.（HOU Shuxin，DUAN Yuanyuan，WANG Xiaodong. Modeling vapor-liquid equilibria for hydrofluorocarbon+lubrication oil mixtures［J］.Journal of Engineering Thermophysics，2008，29（6）：927-930.）

［12］Martz W L，Burton C M，Jacobit A M.Local composition modeling of the thermodynamic properties of refrigerant and oil mixtures［J］.International Journal of Refrigeration，1996，19（1）：25-33.

［13］Neto M A M，Barbosa J R.Solubility，density and viscosity of mixtures of isobutane（R-600a）and a linear alkylbenzene lubricant oil［J］.Fluid Phase Equilibria，2010，292（1／2）：7-12.

［14］Quinones-Cisneros S E，Garc?a J，F(xiàn)ernandez J.Phase and viscosity behavior of refrigerant-lubricant mixtures［J］.International Journal of Refrigeration，2005，28（5）：714-724.

［15］Jensen M K，Jackman D L.Prediction of nucleate pool boiling heat transfer coefficients of refrigerant-oil mixtures ［J］.Journal of Heat Transfer，1984，106（1）：184-190.

［16］Barbosa J R，Lacerda V T，Prata A T.Prediction of pressure drop in refrigerant-lubricant oil flows with high contents of oil and refrigerant outgassing in small diameter tubes［J］.International Journal of Refrigeration，2004，27 （3）：129-139.

［17］Baustian J J，Pate M B，Bergels A E.Properties of oil-refrigerant liquid mixtures with applications to oil concentration measurement［C］／／Department of Mechanical Engineering.Lowa State，USA，1987：404-428.

［18］Lottin O，Guillemet P，Lebreton J M.Effects of synthetic oil in a compression refrigeration system using R410A.Part I：modeling of the whole system and analysis of its response to an increase in the amount of circulating oil［J］.International Journal of Refrigeration，2003，26（1）：772-782.

［19］Lloyd J R，Limbach S.Effect of oil contamination on the surface tension of R-12 and R-134a［C］／／National Heat Transfer Conference.New York，USA，1995，8：157-163，184-190.

［20］Bell K I，Hewitt G F，Morris S D.Nucleate pool boiling of refrigerant／oil mixtures［J］.Experimental Heat Transfer，1987（1）：71-86.

About the corresponding author

Wu Jianhua，male，associate professor，Institute of Compressor，Xi′an Jiaotong University，+86 29-82663786，E-mail：jhwu＠m(xù)ail.xjtu.edu.cn.Research fields：small refrigeration and air conditioning compressor；environmental protection，energy saving and reliability research for small refrigeration system.

Calculation Models of Properties of POE／R32 and PVE／R32 and the Properties Analysis

Shi Hongyan Wu Jianhua

（School of Energy and Power Engineering，Xi’an Jiaotong University，Xi’an，710049，China）

The accurate calculation of thermodynamic properties of refrigerant-oil mixture is the foundation to analyze and evaluate the influence of oil on compressor.Thermodynamic property models of R32／POE and R32／PVE are provided by explicit calculation method with the given experimental data and empirical formula.Simultaneously，the solubility and viscosity models of R410A／POE are given with the same method for comparative analysis.The maximum deviation of the predicted values of these models to experiment data is within 5%，and these simple and reliable models provide accurate and reliable ways for the optimal design and performance analysis of compressors. Besides，the variations of solubility with temperature and pressure，and the variations of viscosity with solubility，temperature and pressure are analyzed at GX condition.In addition，the mixture properties are studied，the results show that PVE oil is better than POE when used with R32，and R32 is better than R410A when used with POE oil.

refrigerant；lubricant oil；thermodynamic property；model

TB61+2；TB64

A

0253-4339（2016）06-0026-09

10.3969／j.issn.0253-4339.2016.06.026

簡介

吳建華，男，副教授，西安交通大學(xué)壓縮機(jī)研究所，（029）82663786，E-mail：jhwu＠m(xù)ail.xjtu.edu.cn。研究方向：小型制冷空調(diào)壓縮機(jī)及其系統(tǒng)的環(huán)保、節(jié)能與可靠性。

2016年1月22日