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状态方程混合规则及混合制冷剂相平衡研究

作　者: 韩晓红
导　师: 陈光明
学　校: 浙江大学
专　业: 制冷及低温工程
关键词: 制冷剂替代物氟乙烷汽液相平衡混合规则状态方程
分类号: TB64
类　型: 博士论文
年　份: 2005年
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引　用: 6次
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内容摘要

HCFCs是蒸汽压缩制冷的重要制冷剂，由于要破坏大气环境，它们已经或即将被禁止使用。研究者发现它们的纯质替代制冷剂几乎不存在，因此迄今为止它们的替代制冷剂大多为混合工质。含R161的混合工质由于其具有良好的环境性能、热工性能、安全性等，使得他们有希望成为HCFCs的替代制冷剂。混合工质的热力学性质是混合工质能否被加以利用的关键。利用状态方程描述流体混合物性质被认为是一种有效的途径，其描述的精确性很大程度上取决于所采用的混合规则的精度，研究状态方程的混合规则以及流体相平衡是当前热力学、化工及制冷领域的热门课题之一。本文以精确的物性数据与相平衡理论为基础，对状态方程混合规则及含R161混合工质的汽液相平衡进行了研究。对状态方程混合规则进行了研究，提出了新的WS混合规则、改进的LCVM混合规则及扩展到多参数状态方程中的LCVM型混合规则。编制了包括混合工质，及其它极性与非极性体系在内的汽液相平衡数据的计算程序，对所提出的模型进行了验证。结果表明，这些模型不仅克服了原有模型所存在的理论缺陷，而且还提高了计算精度。自行研制了一套高精度测试混合工质汽液相平衡数据的实验系统。其中包括高精度温度测量系统(在-20～50℃范围内，测量的不确定度小于±10mK)，高精度压力测量系统[测量范围为0-2MPa，测量的准确度为0.04％)，高精度控温水槽(室温+5～85℃)，高精度控温的酒精槽(-40～50℃温度区间)，真空及配气系统等。以Visual BASIC为开发平台，为实验台设计并开发了一套集实时数据采集、自动控制、存盘记录和数据分析处理于一体的测控软件。通过实际运行表明，该软件方便实用，大大提高了实验测试的自动化水平，有力保障了混合工质相平衡各项实验工作的顺利进行。对纯质R161的饱和蒸气压数据进行了测定，并应用常见的Antoine方程、多项式方程、文献中的方程及由作者所提出的方程对所测试的数据进行了关联并比较，比较结果表明，作者所提出的方程关联精度最好。

全文目录

第1章绪论  14-46
  1.1 课题背景  14-22
    1.1.1 臭氧层的保护及其有关协定  15-16
    1.1.2 温室效应及其相关协定  16-17
    1.1.3 替代制冷剂选取的原则  17-21
      1.1.3.1 替代工质为纯工质的选取  17-19
      1.1.3.2 替代工质为混合工质的选取  19-21
    1.1.4 研究混合工质汽液相平衡的意义  21-22
      1.1.4.1 相平衡的概念  21
      1.1.4.2 研究混合工质汽液相平衡的意义  21-22
    1.1.5 R161及其混合工质  22
  1.2 汽液相平衡理论研究进展  22-40
    1.2.1 立方型状态方程研究进展  23-27
      1.2.1.1 参数α形式的修改  23-25
      1.2.1.2 比容函数形式的改变  25-27
    1.2.2 混合规则的研究进展  27-40
      1.2.2.1 Van der Waals型混合规则  28-29
      1.2.2.2 超额自由能型混合规则  29-40
  1.3 汽液相平衡实验研究进展  40-45
    1.3.1 直接法  40-44
      1.3.1.1 蒸馏法  40
      1.3.1.2 静态法  40-41
      1.3.1.3 流动法  41-42
      1.3.1.4 循环法  42-43
      1.3.1.5 泡露点法  43-44
    1.3.2 间接法  44-45
  1.4 本文主要研究内容  45-46
第2章汽液相平衡理论基础  46-61
  2.1 汽液相平衡的计算理论  46-51
    2.1.1 逸度与逸度系数  46-48
    2.1.2 纯气体逸度(系数)的计算  48-49
    2.1.3 真实气体的理想混合物中组元的逸度  49-50
    2.1.4 真实气体混合物中组元的逸度  50
    2.1.5 汽液相平衡关系式  50-51
  2.2 活度和活度系数  51-58
    2.2.1 定义  51-52
    2.2.2 活度系数模型  52-57
      2.2.2.1 Flory-Huggins无热溶液模型  52-53
      2.2.2.2 van Laar模型  53
      2.2.2.3 Magules模型  53
      2.2.2.4 Wilson模型  53-54
      2.2.2.5 NRTL模型  54-55
      2.2.2.6 UNIQUAC(UNIVERSAL QUASI-CHEMICAL)模型  55-57
    2.2.3 活度系数模型的对比  57-58
  2.3 超额 Gibbs自由焓与超额 Helmholtz自由能  58-60
  2.4 本章小结  60-61
第3章状态方程混合规则研究  61-79
  3.1 简化的 WS混合规则  61-68
    3.1.1 关联模型  62-65
      3.1.1.1 两参数状态方程的通用表达式  62
      3.1.1.2 WS混合规则  62-63
      3.1.1.3 新的WS混合规则  63-64
      3.1.1.4 逸度系数表达式  64-65
      3.1.1.5 NRTL模型  65
    3.1.2 结果与讨论  65-68
  3.2 改进的LCVM混合规则  68-71
    3.2.1 改进的LCVM混合规则的推导  69-70
    3.2.2 结果与讨论  70-71
  3.3 改进的LCVM型混合规则向多参数状态方程扩展  71-77
    3.3.1 PT状态方程  72
    3.3.2 改进的LCVM型混合规则的推导  72-74
    3.3.3 混合物逸度系数  74-75
    3.3.4 混合物汽液相平衡关联结果与讨论  75-77
  3.5 本章小结  77-79
第4章汽液相平衡实验研究  79-99
  4.1 实验装置  79-96
    4.1.1 实验装置流程图  79-81
    4.1.2 恒温、控制部分  81-88
      4.1.2.1 恒温浴  81
      4.1.2.2 平衡釜  81-82
      4.1.2.3 搅拌器  82-83
      4.1.2.4 循环泵  83-84
      4.1.2.5 六通阀  84
      4.1.2.6 温控仪  84-85
      4.1.2.7 电气控制系统  85-87
      4.1.2.8 制冷系统  87-88
    4.1.3 测量部分  88-96
      4.1.3.1 温度的测量  89
      4.1.3.2 压力的测量  89-90
      4.1.3.3 组分浓度的测量  90-94
      4.1.3.4 数字万用表  94-96
  4.2 实验的实施  96-97
    4.2.1 实验步骤  96-97
    4.2.2 实验的几点说明  97
      4.2.2.1 平衡釜的清洗  97
      4.2.2.2 恒温浴中的介质  97
      4.2.2.3 加样量  97
      4.2.2.4 可靠性  97
  4.3 本章小结  97-99
第5章新型工质相平衡实验结果与分析  99-127
  5.1 R161饱和蒸汽压实验研究  99-105
    5.1.1 实验内容  99
    5.1.2 实验部分  99-101
    5.1.3 饱和蒸汽压状态方程  101-102
    5.1.4 实验结果与讨论  102-105
  5.2 新型混合工质的汽液相平衡实验  105-116
    5.2.1 实验内容  105-106
    5.2.2 R125/R161的汽液相平衡数据  106-109
      5.2.2.1 实验部分  106
      5.2.2.2 分析方法  106
      5.2.2.3 R161/125的汽液相平衡实验数据  106-109
    5.2.3 R32/R161的汽液相平衡数据  109-111
      5.2.3.1 实验分析方法  109
      5.2.3.2 R32/R161的汽液相平衡实验数据  109-111
    5.2.4 R32/R125的汽液相平衡数据  111-114
      5.2.4.1 实验分析方法  112
      5.3.4.2 R32/125的汽液相平衡实验数据  112-114
    5.2.5 R32/R125/R161的汽液相平衡数据  114-116
      5.2.5.1 实验分析方法  114
      5.2.5.2 R32/R125/R161的汽液相平衡实验数据  114-116
  5.3 二元混合工质实验数据的结果与讨论  116-122
  5.4 三元混合工质实验数据的结果与讨论  122-125
  5.5 本章小结  125-127
第6章结论  127-129
参考文献  129-139
攻读博士期间发表论文及获奖情况  139-141
致谢  141

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