新一代制冷剂HFO-1234yf的热物性模型

　　欧盟的相关指令中规定从2011 年开始，禁止新车型使用GWP值超过150 的制冷剂，2017 年禁止所有汽车使用GWP 超过150 的制冷剂[1]，而就目前国内使用情况来看，中国汽车空调行业普遍使用的制冷剂为R134a，其GWP值高达1430，这和欧盟要求的差距较大。HFO-1234yf制冷剂是由霍尼韦尔和杜邦公司针对R134a推出的替代工质，HFO-1234yf制冷剂的环境参数优异，ODP值为0，GWP值为4[2]，其相关热物性参数如表1所示。

　　对于正在考虑采用HFO-1234yf制冷剂的汽车空调企业与固定式制冷空调设备制造企业, 获得其详细、可靠的热力学特性将有利于在产品替代改造上进行全面的模拟计算与分析。文章根据国外相关文献为依据，建立了HFO-1234yf的热力性质数学模型，给出了制冷剂较为全面的热力性质数据表格，文章还将HFO-1234yf的饱和蒸气压力等热力性质与R134a和R417A两种制冷剂进行了比较分析。

　　1 HFO-1234yf热力性质模型的建立

　　1.1 状态方程

　　采用通用状态方程法，只需要根据较少的实验数据，如临界状态数据和偏心因子，就可以方便地对制冷剂的热物性进行研究计算，并可以达到令人满意的精度要求。考虑到精度和方便计算的因素，选择Peng-Robinson方程[4]作为制冷剂的状态方程，其方程形式为：

式中：p—气体压力，kPa;R—摩尔气体常数，J/(mol.K);T—热力学温度，K;V为摩尔体积，m³/kmol;Z为压缩因子;ρ为摩尔比体积，kmol/m³;

　　Peng-Robinson方程(简称PR方程)是在1976年提出的一个二常数通用状态方程，适用于气、液两相的p-V-T状态关系计算，其关于压缩因子Z的三次方程形式如式(2)所示[5]。

　　1.2 饱和蒸汽压力方程

　　制冷剂的饱和蒸汽压力参考Thmosa J.Leck在文献[6]中拟合公式，采用式(6)进行描述

式中：psat—饱和压力，kPa；A~F为常系数，详见表2。

　　将采用式(6)计算得到的饱和蒸汽压力数据与文献[9]中的实验测试数据对比，结果显示平均误差为0.6%，说明式(6)满足精度要求。

　　1.3 饱和液体密度方程

　　参考Thmosa J. Leck对液体制冷剂密度的拟合式[6]，采用式(7)计算HFO-1234yf的饱和液体密度。

式中：f—饱和液体密度，kg/m³;di为常系数，详见表3。

　　将采用式(7)计算得到的饱和液体密度数据与文献[8]中的实验测试数据对比，结果显示平均误差为0.65%，说明式(7)满足精度要求。

　　1.4 理想气体的定压比热容方程

　　根据参考文献[6]，制冷剂理想气体的定压比热容c_p⁰如(9)式所示：