孫楊柳++祁影霞++陳日帥++吳東

摘要： 利用基于Burnett法搭建的PVTx性質(zhì)測試系統(tǒng)測量了混合制冷工質(zhì)R1234yf/R32在溫度為253～313 K范圍內(nèi)、R1234yf的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%時的氣相PVTx性質(zhì).詳細(xì)介紹了該測量系統(tǒng)基于Burnett法的測量原理和PVTx性質(zhì)測試系統(tǒng)的實驗步驟，并對各種測量誤差及不確定度進(jìn)行了分析.根據(jù)實驗數(shù)據(jù)擬合出混合制冷工質(zhì)的氣態(tài)維里方程，并比較了第二、第三維里系數(shù)與溫度的關(guān)系.結(jié)果表明：實驗數(shù)據(jù)與擬合得到的方程具有較好的一致性，為基礎(chǔ)熱物性研究和進(jìn)一步研究替代制冷劑提供了詳實的數(shù)據(jù).

關(guān)鍵詞：

R1234yf/R32； PVTx； 維里方程

中圖分類號： TB 61+2；TB 61+1文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

Experimental study on PVTx properties of mixed refrigerant R1234yf/R32

SUN Yangliu， QI Yingxia， CHEN Rishuai， WU Dong

（School of Energy and Power Engineering， University of Shanghai for Science and Technology， Shanghai 200093， China）

Abstract：

Based on Burnett method，PVTx experimental system was applied to study the gas phase PVTx property of mixed refrigerant R1234yf/R32 with mass ratio of 20%/80% in the temperature range of 253～313 K in this paper.The principle of Burnett method and experimental procedures of PVTx experiments were described in detail.The measurement error and uncertainty of the experiment were analyzed.According to the experimental data，the Virial equation of the gaseous mixed refrigerant was fitted.The results showed that the experimental data had good agreement with the fitted equation.This paper provides a detailed data for the study of alternative refrigerants and their basic thermal properties.

Keywords：

R1234yf/R32； PVTx； Virial equation

隨著社會的發(fā)展和人們生活水平的提高，新能源的開發(fā)和利用是目前生活的重中之重[1].隨著制冷空調(diào)行業(yè)飛速發(fā)展，對制冷劑的選取要求也格外嚴(yán)格，不僅要考慮保護(hù)臭氧層，而且必須積極考慮降低溫室效應(yīng).按2006年歐盟法案規(guī)定[2]，到2017年所有的汽車空調(diào)應(yīng)采用全球變暖潛能

（GWP）小于150的制冷劑.因此，迫切需要開發(fā)出新的高效、環(huán)保制冷劑.而R1234yf（四氟丙烯）和R32（二氟甲烷）作為新一代制冷劑，在熱工性能、環(huán)保特性、安全性等方面都有各自的優(yōu)勢.

R1234yf為低毒、微燃工質(zhì)，其臭氧層破壞潛能（ODP）為0，GWP為4，大氣壽命僅11 d[3]，化學(xué)性能穩(wěn)定.R1234yf被廣泛用于代替汽車空調(diào)R134a.余鵬飛等[4]研究了R1234yf制冷系統(tǒng)相對于R134a制冷系統(tǒng)的優(yōu)缺點，即壓縮機(jī)排氣溫度低、壓縮比小的優(yōu)點和制冷量小、壓縮機(jī)功率大的缺點.張青等[5]討論了制冷劑R1234yf替代R22的優(yōu)勢.R32為微燃工質(zhì)，其ODP為0，GWP為675，作為制冷劑具有較好的熱力特性[6]，且單位容積制冷量大，傳熱性能良好，具有較好的環(huán)保性能.林小茁等[7]討論了R32替代R22的可行性[8]，并分析了R32替代R22時存在的高排氣壓力和高排氣溫度等問題.而矢島龍三郎等[9]提出了降低R32壓縮機(jī)排氣溫度的方法，利用膨脹閥控制壓縮機(jī)吸氣干度，同時使用R32專用的潤滑油降低排氣溫度.

R32具有較高的單位制冷量，同時排氣溫度也很高，而R1234yf排氣溫度較低，但單位制冷量較小.綜合兩者的優(yōu)缺點，混合制冷工質(zhì)R1234yf/R32兼具排氣溫度低、制冷量大以及GWP小的優(yōu)點，因此發(fā)展前景良好.Kamiaka等[10]對混合制冷工質(zhì)R1234yf/R32進(jìn)行了實驗，測得了兩者在溫度為273～333 K范圍內(nèi)，R1234yf質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別從25%到80%時的氣液相平衡數(shù)據(jù).根據(jù)實驗數(shù)據(jù)可知，在R32的質(zhì)量分?jǐn)?shù)較小時溫度滑移較大，可通過增大R32的占比減少溫度滑移，而且能提高該混合物的單位制冷量，同時由于R1234yf的作用有效地降低了壓縮機(jī)的排氣溫度，改善了運行工況.Akasaka等[11]對二元混合制冷劑R1234yf/R32的飽和密度和臨界參數(shù)進(jìn)行了測量，為R1234yf/R32熱力學(xué)模型發(fā)展做了準(zhǔn)備.Dang等[12-13]研究了混合制冷工質(zhì)R1234yf/R32的氣相和液相的黏度，并采用不同的方法計算了實驗黏度偏差.目前，獲得制冷劑PVTx性質(zhì)最精確的方法是實驗測定.綜合考慮實驗精度和操作性，Burnett法（等溫膨脹法）避免了氣體質(zhì)量的稱量和容器的體積標(biāo)定，實驗精度較高.本文將采用Burnett法測定混合制冷工質(zhì)R1234yf/R32在R1234yf的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%時的PVTx數(shù)據(jù)，并擬合維里狀態(tài)方程.

1PVTx性質(zhì)測試系統(tǒng)及原理

1.1PVTx性質(zhì)測試系統(tǒng)

制冷工質(zhì)PVTx性質(zhì)測試系統(tǒng)主要包括壓力測量系統(tǒng)、溫度測量系統(tǒng)、配氣系統(tǒng)、恒溫槽、真空系統(tǒng)、PVTx實驗本體及自動化測試分析軟件.制冷工質(zhì)PVTx性質(zhì)測試是高精度的實驗測量，因此盡量采用高精度的壓力測量系統(tǒng)和溫度測量系統(tǒng).測試系統(tǒng)如圖1所示.

1.2實驗原理

本實驗采用Burnett法對制冷工質(zhì)PVTx的性質(zhì)進(jìn)行測量，因為不需要進(jìn)行氣體質(zhì)量的稱量和容積的體積標(biāo)定，所以可以實現(xiàn)較高的實驗測量精度.圖2為Burnett法實驗原理示意圖，圖中V1、V2、V3均為閥門.實驗本體主要包括主容器A和膨脹容器B，容積分別為VA、VB.通過閥門V2將兩個容器連接起來，并置于恒溫環(huán)境中，以保證等溫膨脹，根據(jù)A向B的多次放氣過程可測量工質(zhì)的氣體壓縮因子.

首先，對A、B兩個容器抽真空，使兩個容器的內(nèi)部壓力維持在3 Pa以下，并在一段時間內(nèi)保持不變.

3結(jié)論

本文利用基于Burnett法搭建的PVTx性質(zhì)測試系統(tǒng)測量了混合制冷工質(zhì)R1234yf/R32在R1234yf的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%時的氣相PVTx性質(zhì)，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)擬合出了該質(zhì)量分?jǐn)?shù)下混合制冷工質(zhì)在的氣態(tài)維里方程，通過比較證明實驗數(shù)據(jù)與擬合方程具有較好的一致性.雖然混合制冷工質(zhì)R1234yf/R32具有良好的發(fā)展前景，但是在開發(fā)新型高效環(huán)保可替代制冷劑方面仍需努力.

參考文獻(xiàn)：

[1]趙秀霞.新能源汽車的發(fā)展現(xiàn)狀與對策[J].能源研究與信息，2014，30（1）：12-17.

[2]陳江平，施駿業(yè)，趙宇.國內(nèi)外汽車空調(diào)系統(tǒng)發(fā)展動向[J].化工學(xué)報，2008，59（增刊2）：9-13.

[3]劉圣春，饒志明，楊旭凱，等.新型制冷劑R1234yf的性能分析[J].制冷技術(shù)，2013，33（1）：56-59.

[4]余鵬飛，李冀靜.基于新型制冷劑R1234yf的汽車空調(diào)制冷系統(tǒng)的性能分析[J].南京工程學(xué)院學(xué)報（自然科學(xué)版），2015，13（1）：16-19.

[5]張青，胡云鵬，陳煥新，等.制冷劑R1234yf替代R22的理論分析和試驗研究[J].制冷與空調(diào)，2015，15（1）：54-57.

[6]饒榮水.制冷劑R32特性及其用于空氣源熱泵熱水器的理論循環(huán)分析[J].制冷與空調(diào)，2010，10（3）：79-84.

[7]林小茁，趙薰，江輝民.R32替代R22的可行性探討[J].制冷與空調(diào)，2011，11（2）：73-77.

[8]陳偉，祁影霞，張華.HCFCs制冷劑替代物研究進(jìn)展及性能分析[J].低溫與超導(dǎo)，2011，39（12）：41-44.

[9]矢島龍三郎，吉見敦史，樸春成.降低R32壓縮機(jī)排氣溫度的方法[J].制冷與空調(diào)，2011，11（2）：60-64.

[10]KAMIAKA T，DANG C B， HIHARA E. Vaporliquid equilibrium measurements for binary mixtures of R1234yf with R32， R125， and R134a[J].International Journal of Refrigeration，2013，36（3）：965-971.

[11]AKASAKA R，TANAKA K，HIGASHI Y.Measurements of saturated densities and critical parameters for the binary mixture of 2，3，3，3tetrafluoropropene（R1234yf） +difluoromethane（R32）[J].International Journal of Refrigeration，2013，36（4）：1341-1346.

[12]DANG Y G，KAMIAKA T，DANG C B，et al.Liquid viscosity of lowGWP refrigerant mixtures（R32+R1234yf） and（R125+R1234yf）[J].The Journal of Chemical Thermodynamics，2015，89：183-188.

[13]DANG Y G，KIM H S，DANG C B，et al.Measurement of vapor viscosity of R1234yf and its binary mixtures with R32，R125[J].International Journal of Refrigeration，2015，58：131-136.

[14]陳偉.混合制冷劑R290/R134aPVTx性質(zhì)的理論和實驗研究[D].上海：上海理工大學(xué)，2013.

[15]SILBERBERG I H，KOBE K A，MCKETTA J J.Gas compressibilities with the Burnett apparatus.Methods and apparatus[J].Chemical and Engineering Data，1959，4（4）：314-323.