基于R134a的三元混合工质气液相平衡与热泵循环特性研究

摘要

R134a是目前应用最广泛的中低温制冷剂，但使用普通R134a热泵装置制取中高温热水时，存在着冷凝压力过高、系统效率低及不环保等问题。故本文旨在研制出冷凝温度在70-90℃，高效环保、可直接充灌R134a热泵装置的新型混合工质。
　　本文通过对比分析多种状态方程和混合规则的计算精度及适用范围，研究了基于R134a的三元混合工质的状态方程和混合规则。着重对vdW混合规则的相互作用系数kij和PR方程的压缩因子z进行编程计算研究。建立利用PR状态方程和vd混合规则的三元混合工质气液相平衡和热力学模型。采用相对误差分析法，对比计算了0~90℃范围内混合工质的气液相平衡和热力学特性参数。根据工质优势互补原则，提出三种三元混合工质M1、M2和M3，并将其与R134a和已研制出的三元混合工质C1、C2进行变工况对比分析。
　　提出了计算vdW混合规则相互作用系数和PR状态方程的方法，相对误差均在6％以下。对三元混合工质气液相平衡和热力学模型进行验证，气液相组分的平均误差为3.13%、1.61%，焓、熵值的平均误差分别为3.27%、3.49%，模型具有很高的精度。通过变冷凝温度工况分析，M1的COP最高且变化平稳，在4.0左右。M2的压缩机排气温度最低，在78~98℃之间。M3的压缩比最低，在2.6~2.9之间。M1、M2和M3分别具有高COP、低排气温度和低压缩比的特点。通过变循环温升工况分析，M3的压缩比最低，循环温升为75℃时，压缩比为6.6。M1和M2适用于循环温升为65℃的工况，M3可用于循环温升为75℃的工况，且较R134a、C1和C2在单位容积制热量、COP及循环压缩比上有更优越的性质。
　　通过多种工况计算分析表明，三元混合工质M1、M2和M3的环境性能优良，热力性能与R134a非常接近，可直接充灌R134a热泵装置，适用于低热源温度、高供热温度的实际应用情况。

目录

声明

1 绪 论

1.1 研究背景与意义

1.2 国内外研究概况

1.3 本文的主要研究内容

2 基于R134a的三元混合工质状态方程与混合规则

2.1 三元混合工质状态方程对比分析

2.2 基于R134a的三元混合工质混合规则研究

2.3 基于R134a的三元混合工质相互作用系数求解

2.4 基于R134a的三元混合工质压缩因子求解

2.5 本章小结

3 基于R134a的三元混合工质的气液相平衡与热力性质计算

3.1 三元混合工质气液相平衡

3.2 基于R134a的三元混合工质气液相平衡数学模型

3.3 基于R134a的三元混合工质气液相平衡研究

3.4 基于R134a的三元混合工质热力性质计算

3.5 本章小结

4 基于R134a的三元混合工质热泵循环特性分析

4.1 基于R134a装置的三元混合工质组分筛选原则

4.2 纯工质理论循环计算及分析

4.3 混合工质循环性能计算及对比分析

4.4 本章小结

5 总结和展望

5.1 总结

5.2 展望

致谢

参考文献

附录1 攻读学位期间发表论文

附录2 攻读学位期间参与科研项目