R407c泄漏对制冷量及性能系数的影响

    1 前言

    在CFC和HCFC工质的替代方面,由于世界各国对替代工质的选择标准不同,例如,美国强调的是能源效率,而欧洲各国则强调加速消除臭氧耗损物质(ODS),因此对于R22的替代目前主要可以分为两大学派:(1)以欧盟为代表的一些国家和组织强调HFCS物质都不同程度地具有温室效应,主张用天然工质,如丙烷、氨等来替代R22;(2)以美国、日本为代表的另一些国家和组织则强调替代工质的安全性,提出用HFCS混合物替代R22,并进一步提出相当变暖因素TEWI来评价工质的温室效应。

    在众多混合工质中,R407c由于热力性质与R22最为接近,成为呼声最高的替代物。而对于非共沸制冷剂,由于各组分沸点不一,因此在相同温度下,蒸发的速度也不同。并且各组分沸点相差越大,混合物汽相和液相组成偏差也越大。此时若发生制冷剂的泄漏,系统中制冷剂的成分将发生改变,导致系统性能如制冷量、性能系数等的变化。但变化在多大程度上发生,仍是一个未知数。本文将针对以上问题,在理论循环模拟计算的基础上,进行热力学研究。

    2 理论循环的工况及模拟计算模型

    本文主要针对R407c对空调器理论循环进行模拟,选择空调压缩机的标准工况作为比较计算的基础,即蒸发温度te=7.2℃,过热温度tsh=35℃,冷凝温度tc= 54.4℃,过冷温度tsc=46.1℃。

    2.1 通用气体状态方程

    选择PR方程进行纯工质及混合工质热物性的计算[1、2]:

    式中a(T)为温度的函数,b为Tc、Pc的函数,可由下列公式计算:

    式中ω—偏心因子

    Tc、Pc—临界常数

    2.2 焓和熵的计算

    根据热力学原理和PR方程可导出如下关系式:

    式中 P0、T0—基准状态的压力、温度

    h00、s00—基准状态下的比焓、比熵

    CP0—理想气体比热

CP0=a+bT+cT²+dT³

    2.3 混合法则

    PR状态方程用于混合工质时可用以下混合法则来确定方程中的常数和系数[3、4]:

    式中 kij,c、Aij—常数

    xi、xj—混合工质中任意二组分的摩尔百分比

    Tc,m—混合物的假临界温度,根据Kay法则[2],可取:

    ki、kj—取值同上文的k

    2.4 汽液相平衡推算

    对于高压或接近于临界区域的汽液相平衡,不能假设液相的热力学性质与压力无关。气相性质必须用适应于高压的状态方程式,再加上高压下常出现的临界现象,因此其计算比低压和中压汽液相平衡复杂得多。本文将采用状态方程法(EOS)来进行计算[5]。计算式包括状态方程式、组分逸度计算式、汽液相平衡关系式三部分,联立求解即可。计算公式具体如下(状态方程同上,此处略):