混合制冷工質R1234yf/R32 PVTx性質的實驗研究

孫楊柳++祁影霞++陳日帥++吳東

摘要： 利用基于Burnett法搭建的PVTx性質測試系統測量了混合制冷工質R1234yf/R32在溫度為253～313 K范圍內、R1234yf的質量分數為20%時的氣相PVTx性質.詳細介紹了該測量系統基于Burnett法的測量原理和PVTx性質測試系統的實驗步驟，并對各種測量誤差及不確定度進行了分析.根據實驗數據擬合出混合制冷工質的氣態維里方程，并比較了第二、第三維里系數與溫度的關系.結果表明：實驗數據與擬合得到的方程具有較好的一致性，為基礎熱物性研究和進一步研究替代制冷劑提供了詳實的數據.

關鍵詞：

R1234yf/R32； PVTx； 維里方程

中圖分類號： TB 61+2；TB 61+1文獻標志碼： A

Experimental study on PVTx properties of mixed refrigerant R1234yf/R32

SUN Yangliu， QI Yingxia， CHEN Rishuai， WU Dong

（School of Energy and Power Engineering， University of Shanghai for Science and Technology， Shanghai 200093， China）

Abstract：

Based on Burnett method，PVTx experimental system was applied to study the gas phase PVTx property of mixed refrigerant R1234yf/R32 with mass ratio of 20%/80% in the temperature range of 253～313 K in this paper.The principle of Burnett method and experimental procedures of PVTx experiments were described in detail.The measurement error and uncertainty of the experiment were analyzed.According to the experimental data，the Virial equation of the gaseous mixed refrigerant was fitted.The results showed that the experimental data had good agreement with the fitted equation.This paper provides a detailed data for the study of alternative refrigerants and their basic thermal properties.

Keywords：

R1234yf/R32； PVTx； Virial equation

隨著社會的發展和人們生活水平的提高，新能源的開發和利用是目前生活的重中之重[1].隨著制冷空調行業飛速發展，對制冷劑的選取要求也格外嚴格，不僅要考慮保護臭氧層，而且必須積極考慮降低溫室效應.按2006年歐盟法案規定[2]，到2017年所有的汽車空調應采用全球變暖潛能

（GWP）小于150的制冷劑.因此，迫切需要開發出新的高效、環保制冷劑.而R1234yf（四氟丙烯）和R32（二氟甲烷）作為新一代制冷劑，在熱工性能、環保特性、安全性等方面都有各自的優勢.

R1234yf為低毒、微燃工質，其臭氧層破壞潛能（ODP）為0，GWP為4，大氣壽命僅11 d[3]，化學性能穩定.R1234yf被廣泛用于代替汽車空調R134a.余鵬飛等[4]研究了R1234yf制冷系統相對于R134a制冷系統的優缺點，即壓縮機排氣溫度低、壓縮比小的優點和制冷量小、壓縮機功率大的缺點.張青等[5]討論了制冷劑R1234yf替代R22的優勢.R32為微燃工質，其ODP為0，GWP為675，作為制冷劑具有較好的熱力特性[6]，且單位容積制冷量大，傳熱性能良好，具有較好的環保性能.林小茁等[7]討論了R32替代R22的可行性[8]，并分析了R32替代R22時存在的高排氣壓力和高排氣溫度等問題.而矢島龍三郎等[9]提出了降低R32壓縮機排氣溫度的方法，利用膨脹閥控制壓縮機吸氣干度，同時使用R32專用的潤滑油降低排氣溫度.

R32具有較高的單位制冷量，同時排氣溫度也很高，而R1234yf排氣溫度較低，但單位制冷量較小.綜合兩者的優缺點，混合制冷工質R1234yf/R32兼具排氣溫度低、制冷量大以及GWP小的優點，因此發展前景良好.Kamiaka等[10]對混合制冷工質R1234yf/R32進行了實驗，測得了兩者在溫度為273～333 K范圍內，R1234yf質量分數分別從25%到80%時的氣液相平衡數據.根據實驗數據可知，在R32的質量分數較小時溫度滑移較大，可通過增大R32的占比減少溫度滑移，而且能提高該混合物的單位制冷量，同時由于R1234yf的作用有效地降低了壓縮機的排氣溫度，改善了運行工況.Akasaka等[11]對二元混合制冷劑R1234yf/R32的飽和密度和臨界參數進行了測量，為R1234yf/R32熱力學模型發展做了準備.Dang等[12-13]研究了混合制冷工質R1234yf/R32的氣相和液相的黏度，并采用不同的方法計算了實驗黏度偏差.目前，獲得制冷劑PVTx性質最精確的方法是實驗測定.綜合考慮實驗精度和操作性，Burnett法（等溫膨脹法）避免了氣體質量的稱量和容器的體積標定，實驗精度較高.本文將采用Burnett法測定混合制冷工質R1234yf/R32在R1234yf的質量分數為20%時的PVTx數據，并擬合維里狀態方程.

1PVTx性質測試系統及原理

1.1PVTx性質測試系統

制冷工質PVTx性質測試系統主要包括壓力測量系統、溫度測量系統、配氣系統、恒溫槽、真空系統、PVTx實驗本體及自動化測試分析軟件.制冷工質PVTx性質測試是高精度的實驗測量，因此盡量采用高精度的壓力測量系統和溫度測量系統.測試系統如圖1所示.

1.2實驗原理

本實驗采用Burnett法對制冷工質PVTx的性質進行測量，因為不需要進行氣體質量的稱量和容積的體積標定，所以可以實現較高的實驗測量精度.圖2為Burnett法實驗原理示意圖，圖中V1、V2、V3均為閥門.實驗本體主要包括主容器A和膨脹容器B，容積分別為VA、VB.通過閥門V2將兩個容器連接起來，并置于恒溫環境中，以保證等溫膨脹，根據A向B的多次放氣過程可測量工質的氣體壓縮因子.

首先，對A、B兩個容器抽真空，使兩個容器的內部壓力維持在3 Pa以下，并在一段時間內保持不變.

3結論

本文利用基于Burnett法搭建的PVTx性質測試系統測量了混合制冷工質R1234yf/R32在R1234yf的質量分數為20%時的氣相PVTx性質，根據實驗數據擬合出了該質量分數下混合制冷工質在的氣態維里方程，通過比較證明實驗數據與擬合方程具有較好的一致性.雖然混合制冷工質R1234yf/R32具有良好的發展前景，但是在開發新型高效環保可替代制冷劑方面仍需努力.

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