制冷剂与冷冻机油互溶性的理论及实验研究

摘要

随着全球各国对气候问题的关注，具有臭氧层消耗作用以及促进全球变暖的制冷剂逐渐被行业淘汰。制冷剂和冷冻机油的互溶性将对其在制冷系统中的使用效果产生直接影响。为推广使用新型环保制冷剂，加速HCFCs等制冷剂的替代进程，有必要对制冷剂和冷冻机油的互溶性进行理论和实验研究。
　　本文使用立方形状态方程和活度系数法对制冷剂和冷冻机油的溶解度曲线进行了模拟，在模拟结果的基础上推测了临界互溶温度曲线。通过比较不同制冷剂的油溶性差异，提出了溶解度参数法和经验公式法相结合的新方法。并用该方法评价了矿物油和18种制冷剂的互溶性。结果表明，该法兼有溶解度参数法和经验公式法的优点，不仅适用的制冷剂种类广泛而且互溶性评估结果比较准确。
　　根据相关标准建立了互溶性测试实验台，对多种纯制冷剂和冷冻机油的互溶性进行了测试。对RE170+R227ea+矿物油，RE170+R1234ze(E)+矿物油基于含油率15％左右的互溶性进行了测试。试验结果表明，CF3I、RE170、R161和矿物油都有很好的互溶性；R134a、R227ea、R152a和酯类油的互溶性也很好。当R227ea占混合制冷剂RE170+R227ea的质量分数从38%至55%变动时，临界互溶温度上升十分迅速。因此在RE170+R227ea矿物油制冷系统中，为防止管路堵塞或者制冷性能降低，建议R227ea的比例不超过50%。当R1234ze(E)占RE170+R1234ze(E)的质量分数从31%到70%变动时，临界互溶温度上升十分迅速，当质量分数高于70%时，溶液在室温下已经生成大量絮状物，因此建议R1234ze(E)的质量分数不超过60%。针对定含油率下混合制冷剂和矿物油的互溶性，本文提出了两种评估方法，经验公式法和新判别式加权法。两种方法的评估结果与实验结果都比较相符。其中，经验公式法简单实用，新判别式加权法有一定的理论研究价值。
　　针对R600a+R227ea+矿物油，R600a+R1234ze(E)+矿物油在不同含油率下的互溶性进行了测试，提出了适用于二元混合制冷剂与冷冻机油互溶性评估的三角互溶图。三角互溶图以两种制冷剂和一种矿物油的质量分数为坐标，详细描述了制冷剂含量和含油率变化对互溶性的影响。对于R600a+R227ea+矿物油，当R600a在溶液中的质量分数低于20%时，在很低的含油率及室温下都有可能发生两相分离；当质量分数高于35%时，则不会发生两相分离现象。对于R600a+R1234ze(E)+矿物油，当R600a的质量分数在10%~25%变动时，临界互溶温度的变化非常敏感，低于10%时，在很低的含油率及室温下可能发生两相分离。

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字母注释表

第一章 绪论

1.1 课题的研究背景

1.2 制冷剂与冷冻机油的互溶性研究进展

1.3 课题的研究内容

第二章 制冷剂与冷冻机油互溶性理论分析

2.1 状态方程法计算溶解度

2.2活度系数法（γ法）

2.3 溶解度参数法和经验公式法

2.4 本章小结

第三章 制冷剂与冷冻机油互溶性实验研究

3.1 互溶性测试实验台

3.2 相关测量用设备的校验

3.3 互溶性实验台准确性校验

3.4 实验误差分析

3.5 实验结果

3.6 本章小结

第四章 混合制冷剂与矿物油的互溶性判别

4.1 定含油率下混合制冷剂油溶性评估法

4.2 变含油率混合制冷剂油溶性评估方法

4.3 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 本文总结

5.2 建议与展望

参考文献

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