ТЕПЛОФИЗИКА ВЫСОКИХ ТЕМПЕРАТУР, 2015, том 53, № 1, с. 148-149
УДК 536.23
ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ СМЕСИ R-227ea (61.5 мас. %)-R-134a (38.5 мас. %)
В ПАРОВОЙ ФАЗЕ
© 2015 г. О. И. Верба, Е. П. Расчектаева, С. В. Станкус
Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН, г. Новосибирск E-mail: stankus@itp.nsc.ru Поступило в редакцию 23.04.2014 г.
DOI: 10.7868/S0040364414060192
В отрасли кондиционирования и холодильной техники фторуглеводороды (HFC) замещают фторхлорсодержащие углеводороды (HClFC), которые должны постепенно выводиться из употребления. Для замены запрещенных хлорсодер-жащих хладагентов ведется поиск и разработка новых смесей, удобных в использовании, экономически эффективных, не снижающих производительность холодильных агрегатов. Для активного и массового внедрения новых смесей должны быть известны точные теплофизические свойства таких систем [1]. В работе предложена смесь 61.5 мас. % 1,1,1,2,3,3,3-гептафторпропана C3HF7 (R-227ea) и 38.5 мас. % 1,1,1,2-тетрафтор-этана C2HF4 (R-134a), она относится к группе озонобезопасных хладагентов (ODP = 0, Ozone depletion potential — озоноразрушающая способность). Экспериментально были получены значения теплопроводности в паровой фазе, также рассчитана температурная зависимость теплопроводности в идеально-газовом состоянии и на линии конденсации.
Смесь была приготовлена в лаборатории весовым методом (предельная погрешность взвешивания составляла 0.1 г). Были использованы образцы хладагентов R-227ea производства РНЦ "Прикладная химия" (Санкт-Петербург) чистотой 99.99% и R-134a производства Forane (Франция) чистотой 99.9%.
Для измерения теплопроводности смеси применялся стационарный метод коаксиальных цилиндров. Работы [2—4] содержат подробное описание методики измерений и проведения эксперимента. Измерительная ячейка состояла из двух вертикально расположенных соосных никелевых цилиндров: внешний — длиной 140 мм, внутренний — 101.3 мм. Ширина кольцевого зазора между цилиндрами составляла 0.366 ± 0.005 мм. Для измерения температуры цилиндров и перепада температуры между ними использовались медь-константановые термопары. Влияние свободных концов на значения теплопроводности учитывалось введением соответствующих поправок [2].
Таблица 1. Результаты измерений теплопроводности смеси R-227ea (61.5 мас. %)-R-134a (38.5 мас. %)
T, K P, МПа X, мВт/(м К)
308.53 0.1452 13.45
308.31 0.3818 13.75
308.28 0.5317 13.98
324.76 0.5942 15.20
329.79 0.1457 14.98
329.55 0.2932 15.18
329.63 0.4897 15.43
329.48 0.6926 15.70
329.35 0.9320 16.21
335.13 0.8333 16.32
335.26 0.9249 16.49
353.85 0.1760 16.90
353.77 0.4316 17.19
353.71 0.6750 17.50
352.36 0.9398 17.75
374.73 0.1440 18.46
374.60 0.3925 18.65
374.88 0.6824 19.05
374.64 0.9535 19.31
374.65 1.1207 19.56
397.17 0.1363 20.18
397.11 0.3922 20.41
396.84 0.6791 20.70
396.90 0.6791 20.69
397.90 0.9761 21.08
397.76 1.1804 21.35
418.39 0.1358 21.90
417.92 0.3951 22.17
418.67 0.6856 22.39
418.86 0.9547 22.73
419.02 1.1802 22.90
ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ СМЕСИ Р-227еа (61.5 мас. %)-Я-134а (38.5 мас. %) 149
Таблица 2. Коэффициенты уравнения (1)
Индексы коэффициента, ij 00 10 20 11 21 12 22
Значение коэффициента, a¡j -21.444 9.234 19.283 0.0487 2.715 -0.20002 3.630
Установка тарировалась на аргоне чистотой 99.998 об. %. Расхождение со справочными данными не превышало 1%. Перед началом эксперимента установка вакуумировалась до давления 150-225 мкПа. Заполнение измерительной ячейки исследуемой смесью происходило из жидкой фазы, что позволило избежать изменения в составе смеси [3]. Погрешность экспериментальных данных по теплопроводности составляла 1.5-2.5%, по температуре — 0.05 К, давлению — не более 4 кПа.
Смесь Я-227еа (61.5 мас. %)-Я-134а (38.5 мас. %) исследовалась в интервале температур 308-419 К и давлений 0.13-1.18 МПа вдоль шести квазиизотерм. В табл. 1 приведены экспериментальные значения теплопроводности. Обработка результатов измерения была выполнена посредством аппроксимации эмпирической зависимостью [3, 4]:
T 100 M p,T) = aoo + ai0 — + a20T +
Í T 100\, 2/ T , 100 + p\au--+ a21- + p a12--+ a22
I 100 21 T ! I 100 22
(1)
Т I \ 100 T где Т — температура в К, р — давление в МПа, X — в мВт/(м К). Значения параметров уравнения aij представлены в табл. 2. Среднеквадратичное отклонение полученных экспериментальных значений от сглаженных по (1) не превышает 0.2%.
На рисунке представлены экспериментальные данные, приведенные к одинаковым температурам (изотермам), и сглаженные зависимостью (1) значения. Видно, что теплопроводность исследуемой смеси на изотермах практически линейно увеличивается с ростом давления.
Теплопроводности на линии конденсации и в идеально-газовом состоянии (при p0 = = 0.101325 МПа) были определены из обобщающего уравнения (1). Данные по давлению пара на линии конденсации взяты из [5]. Зависимости Х^Т) и Х0(Т) хорошо описываются уравнениями
X а = Ь + ь2т + Ь{Г2, X 0 = С! + е2т + Сз/т,
где Ь1 = 45.8203, Ь2 = -0.30899, Ьз = 6.715 х 10-4, с1 = -21.444, с2 = 0.09237, с3 = 1959.6.
Величина исследованной смеси была рассчитана в аддитивном приближении на основе экспериментальных данных по идеально-газовой теплопроводности чистых компонентов Я-227еа [2] и Я-134а [5]. Относительные отклонения между значениями, вычисленными указанным образом, и экспериментальными лежат в пределах 0.2-1.7%.
X, мВт/(м К)
► 6
_1_1_
0.5 1.0 p, МПа
Изотермы теплопроводности пара смеси Я-227еа (61.5 мас. %)-К-134а (38.5 мас. %); точки - экспериментальные данные: 1 - 7=308.5 К, 2 - 330, 3 - 353, 4 - 374.5, 5 - 397, 6 - 418.5; линии - уравнение (1).
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Сон Э.Е. Современные исследования теплофизи-ческих свойств веществ (на основе последних публикаций в ТВТ) // ТВТ. 2013. Т. 51. № 3. С. 392.
2. Верба О.И., Груздев В.А. Теплопроводность геп-тафторпропана HFC 227еа // Теплофизика и аэромеханика. 2002. Т. 9. № 3. С. 467.
3. Верба О.И., Расчектаева Е.П., Станкус С.В. Экспериментальное исследование теплопроводности хладагента R-407C в паровой фазе // ТВТ. 2012. Т. 50. №2. С. 218.
4. Верба О.И., Расчектаева Е.П., Станкус С.В. Экспериментальное исследование теплопроводности хладагента R-406A в паровой фазе // ТВТ. 2014. T. 52. № 1. С. 145.
5. Lemmon E.W., McLinden M.O., Huber M.L. NIST Standard Reference Database 23: Reference Fluid Thermodynamic and Transport Properties-REFPROP. \fersion 8.0. Standard Reference Data Program. Gaith-ersburg, Maryland: National Institute of Standards and Technology, 2002.
ТЕПЛОФИЗИКА ВЫСОКИХ ТЕМПЕРАТУР том 53
№ 1 2015
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.