制冷系统仿真中的工质热力性质计算程序

    1、引 言

    随着近年来对制冷系统设计方法现代化的呼声渐高，制冷系统的计算机仿真成为制冷业内较为热门的话题，国内外亦有不少学者竞相研究。制冷工质热力性质的计算是制冷系统设计的基础，特别是在制冷系统仿真中，不可能像传统那样人工查阅各种图表进行繁琐的计算，必须编制相应的计算程序模块，这样才可以大大提高计算速度和计算结果的精确度。目前也有不少相关的文章介绍，笔者根据自己从事制冷系统仿真研究的经验编制出一套切实可行的工质热力性质计算程序。采用 VB6。0 可视化编程语言，涉及到的常用制冷工质有 NH3、R12、R22、R502、R13B1、R11、R13、R12B1 和 R142 等 9 种。

    2、数学模型的选择和建立

    2.1 基本方程

    在进行制冷循环的分析、计算时，需要知道制冷工质热力学性质。从原理上讲，要计算一种制冷工质的热力性质，只需两个方程:一个是描述压力、温度和比容之间关系的状态方程，另一个是等压或等容下比热随温度而变的比热方程。实际上，很难找到一个能同时满足液相和气相的状态方程。因此必须增加饱和蒸气压力与温度之间的函数关系式以及饱和液体密度与温度之间的函数关系式。即：

    1）一个描述压力、温度和比容之间关系的状态方程；

    2）饱和蒸气压力与温度之间的函数关系式；

    3）饱和液体密度与温度之间的函数关系式；

    4）（理想气体状态下的）一个（等压或）等容下，比热随温度而变化的比热方程。

    对于常用的制冷工质，通过实验研究，人们已经积累了较丰富的热物理数据，在这些数据的基础上也已研制了一批比较精确的气相区状态方程，饱和蒸气压方程，饱和液体密度方程以及定比热比容方程。因此，根据热力学一般关系式和这四个方程，制冷工质的全部热物力参数都可以导出。

    2.1.1 气相区的状态方程（过热蒸气区的状态方程）

    对于制冷剂的过热蒸气,若引入压缩因子 Z，则其状态方程可表示为：而压缩因子 Z 即为：

    式中，Tr ——对比温度,T /Tc

    Tc ——临界温度[K]

    ρ ——密度[g/cm³]

    bij ——系数（见文献[1]表 3.1.1）

    2.1.2 饱和蒸气压方程

    pc——临界压力[10⁵Pa]

    ps——饱和压力[10⁵Pa]

    Ri ,Pa——准则数（见文献[1]表 3.1.2）

    2.1.3 饱和液体密度方程

    ρ'——饱和液体密度[g/cm3]

    a1, a2——物质常数（见文献[1]表 3.1.2）