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理化所混合工质热物性研究取得新进展

  

  混合工质节流制冷技术是制冷与低温工程学科的一个研究热点。而相平衡特性是混合物最为关键的基础热物性之一,是进行系统循环性能研究的前提。

  围绕混合工质相平衡问题,理化所低温与制冷工程研究中心混合工质课题组进行了系列研究工作,在理论和实验方面取得重要突破,并得到国际同行认可。近期,理论研究工作“Modeling Vapor Liquid Phase Equilibrium for CxHy + CxHyFz Using PR And PCSAFT”被化工领域三大顶级期刊之一Industrial & Engineering Chemistry Research选为2017年第2期亮点工作(highlighted paper,图1)加以介绍。文章中,研究人员发现了半经验立方型状态方程PR与基于微扰理论的PCSFAT状态方程间的内在联系,建立了能量参数以及体积参数的线性关系(图2),同时发现了混合物中二元参数的变化规律(图3左),揭示了极性+非极性体系的作用特征,由此建立了简单的预测模型,可合理预测HC+HFC类体系汽液相平衡(图3右),并准确进行相关体系制冷及热泵循环性能模拟。

  此前,该课题组的实验研究工作“Vapor+Liquid Equilibria of the R1234ze(E) + R600a System at Various Temperatures from (258.150 to 288.150) K”被美国化学学会期刊Journal of Chemical & Engineering Data选为亮点工作(图6)加以介绍。课题组基于汽液循环方法,采用均温结构设计,实现±1mK/30min的高精度控温,所建立的汽液相平衡实验装置(图4),其测量不确定度可达温度5mK,压力0.5kPa,组分0.005,居国际先进水平。

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  图1  理论研究工作被Industrial & Engineering Chemistry Research选为2017年第2期亮点工作

  图2  PCSAFT方程与PR方程中能量参数与体积参数的线性关系

  图3  (左图)对HFCs+HCs体系采用PR-VDW模型和PCSAFT方程拟合的二元相互作用参数;(右图)拟合和预测的PR-VDW二元参数对最劣体系VLE复现

  图4  实验装置

  图5  实验装置

  图6  此前该课题组的实验研究工作被Journal of Chemical & Engineering Data选为亮点工作