制冷剂水合物相平衡和形成过程实验研究

摘要

随着经济的发展，空调使用越来越广泛，空调负荷加剧了高峰用电负荷。为了减少空调在用电高峰的负荷，蓄冷空调应运而生。蓄冷空调能够充分利用低谷电力，从而实现电力的“移峰填谷”。制冷剂水合物作为蓄冷介质，具有相变潜热大和相变温度高的优点，但同时也有诱导时间长和形成压力高等缺点，解决这些缺点是制冷剂水合物蓄冷走向应用的关键。
　　利用定容逐步加热的方法测量了二氧化碳+水+四氢呋喃/HCFC141b/环戊烷体系水合物相平衡条件。实验结果表明，在给定温度下，二氧化碳+水+四氢呋喃/HCFC141b/环戊烷水合物相平衡压力均低于纯水中二氧化碳水合物相平衡压力。实验结果同时也表明，随着四氢呋喃水溶液质量分数的增加，二氧化碳水合物相平衡压力降低越明显。当四氢呋喃水溶液质量分数大于19.05％的时候，过量的四氢呋喃并不能进一步有效降低二氧化碳水合物相平衡压力。当温度小于288K，HCFC141b比环戊烷更能降低二氧化碳水合物的相平衡压力，但是在高温的时候，环戊烷和HCFC141b对二氧化碳水合物相平衡压力的影响相类似。利用水合物相平衡数据计算了水合物的相变潜热，二氧化碳、二氧化碳+四氢呋喃（四氢呋喃质量浓度分别为0.0726、0.1024和0.1905）、二氧化碳+HCFC141b和二氧化碳-环戊烷水合物的相变潜热分别为68.22 kJ/mol、(155.15 kJ/mol、156.73 kJ/mol、171.98 kJ/mol)、232.93 k J/mol和248.27 kJ/mol。
　　实验研究了HCFC141b及HCFC141 b+表面活性剂SDS对二氧化碳气体水合物的生成过程的影响。与纯二氧化碳气体水合物进行相比，添加HCFC141b和表面活性剂SDS可促进二氧化碳气体水合物生成和缩短诱导时间。实验结果表明，在初始压力为0.4MPa，水浴温度为277.15K时，诱导时间仅需142min左右。利用泡沫铜大比表面积和传热性能好的特点，实验研究了泡沫铜对水合物形成过程的影响。泡沫铜可促进四氢呋喃水合物生成，诱导时间缩短至50min左右。

目录

声明

摘要

主要符号表

第一章 绪论

1．1 研究背景和意义

1．2 蓄冷技术

1．3 气体水合物相关理论

1．3．1 气体水合物研究历史简介

1．3．2 气体水合物简介

1．3．3 气体水合物相平衡研究进展

1．3．4 气体水合物动力学研究进展

1．4 本文研究内容

第二章 水合物相平衡实验研究

2．1 水合物相平衡条件测定方法的选择

2．2 实验内容

2．2．1 实验装置

2．2．2 实验材料

2．2．3 实验过程

2．3 实验结果与讨论

2．3．1 CO2+H2O体系相平衡数据

2．3．2 CO2+THF+H2O体系相平衡数据

2．3．3 CO2+HCFC141b+H2O体系相平衡数据

2．3．4 CO2+Cyclopentane+H2O体系相平衡数据

2．3．5 三组实验体系相平衡数据的比较

2．4 本章小结

第三章 水合物相变潜热确定

3．1 水合物相变潜热测定方法的选择

3．1．1 水合物相变潜热的实验测定法

3．1．2 水合物相变潜热的计算法

3．2 水合物相变潜热的计算

3．2．1 CO2+H2O体系相变潜热计算

3．2．2 CO2+THF+H2O体系相变潜热计算

3．2．3 CO2+HCFC141b+H2O体系相变潜热计算

3．2．4 CO2+Cyclopentane+H2O体系相变潜热计算

3．3 本章小结

第四章 水合物形成过程实验研究

4．1 水合物理论基础

4．1．1 水合物形成过程

4．1．2 水合物生长动力学模型

4．1．3 水合物生长的表观速率常数

4．1．4 水合率

4．2 实验内容

4．2．1 实验材料

4．2．2 实验步骤

4．3 二氧化碳气体水合物诱导时间选择

4．4 实验结果与讨论

4．4．1 CO2+H2O体系水合物形成过程

4．4．2 CO2+HCFC141b+H2O体系水合物形成过程

4．4．3 CO2+HCFC141b+SDS+H2O体系水合物形成过程

4．5 三组实验体系的比较

4．6 本章小结

第五章 泡沫铜对水合物形成影响实验研究

5．1 泡沫金属简介

5．2 泡沫金属对促进水合物形成的可行性分析

5．3 实验内容

5．3．1 实验装置

5．3．2 实验材料

5．3．3 实验过程

5．4 实验结果与讨论

5．4．1 THF水合物形成过程

5．4．2 CF对水合物形成的影响

5．4．3 温度对水合物的影响

5．5 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 研究结论

6．2 研究展望

参考文献

图表目录

致谢

作者简历