混合制冷工质R1234yf/R32 PVTx性质的实验研究

孙杨柳++祁影霞++陈日帅++吴东

摘要： 利用基于Burnett法搭建的PVTx性质测试系统测量了混合制冷工质R1234yf/R32在温度为253～313 K范围内、R1234yf的质量分数为20%时的气相PVTx性质.详细介绍了该测量系统基于Burnett法的测量原理和PVTx性质测试系统的实验步骤，并对各种测量误差及不确定度进行了分析.根据实验数据拟合出混合制冷工质的气态维里方程，并比较了第二、第三维里系数与温度的关系.结果表明：实验数据与拟合得到的方程具有较好的一致性，为基础热物性研究和进一步研究替代制冷剂提供了详实的数据.

关键词：

R1234yf/R32； PVTx； 维里方程

中图分类号： TB 61+2；TB 61+1文献标志码： 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

随着社会的发展和人们生活水平的提高，新能源的开发和利用是目前生活的重中之重[1].随着制冷空调行业飞速发展，对制冷剂的选取要求也格外严格，不仅要考虑保护臭氧层，而且必须积极考虑降低温室效应.按2006年欧盟法案规定[2]，到2017年所有的汽车空调应采用全球变暖潜能

（GWP）小于150的制冷剂.因此，迫切需要开发出新的高效、环保制冷剂.而R1234yf（四氟丙烯）和R32（二氟甲烷）作为新一代制冷剂，在热工性能、环保特性、安全性等方面都有各自的优势.

R1234yf为低毒、微燃工质，其臭氧层破坏潜能（ODP）为0，GWP为4，大气寿命仅11 d[3]，化学性能稳定.R1234yf被广泛用于代替汽车空调R134a.余鹏飞等[4]研究了R1234yf制冷系统相对于R134a制冷系统的优缺点，即压缩机排气温度低、压缩比小的优点和制冷量小、压缩机功率大的缺点.张青等[5]讨论了制冷剂R1234yf替代R22的优势.R32为微燃工质，其ODP为0，GWP为675，作为制冷剂具有较好的热力特性[6]，且单位容积制冷量大，传热性能良好，具有较好的环保性能.林小茁等[7]討论了R32替代R22的可行性[8]，并分析了R32替代R22时存在的高排气压力和高排气温度等问题.而矢岛龙三郎等[9]提出了降低R32压缩机排气温度的方法，利用膨胀阀控制压缩机吸气干度，同时使用R32专用的润滑油降低排气温度.

R32具有较高的单位制冷量，同时排气温度也很高，而R1234yf排气温度较低，但单位制冷量较小.综合两者的优缺点，混合制冷工质R1234yf/R32兼具排气温度低、制冷量大以及GWP小的优点，因此发展前景良好.Kamiaka等[10]对混合制冷工质R1234yf/R32进行了实验，测得了两者在温度为273～333 K范围内，R1234yf质量分数分别从25%到80%时的气液相平衡数据.根据实验数据可知，在R32的质量分数较小时温度滑移较大，可通过增大R32的占比减少温度滑移，而且能提高该混合物的单位制冷量，同时由于R1234yf的作用有效地降低了压缩机的排气温度，改善了运行工况.Akasaka等[11]对二元混合制冷剂R1234yf/R32的饱和密度和临界参数进行了测量，为R1234yf/R32热力学模型发展做了准备.Dang等[12-13]研究了混合制冷工质R1234yf/R32的气相和液相的黏度，并采用不同的方法计算了实验黏度偏差.目前，获得制冷剂PVTx性质最精确的方法是实验测定.综合考虑实验精度和操作性，Burnett法（等温膨胀法）避免了气体质量的称量和容器的体积标定，实验精度较高.本文将采用Burnett法测定混合制冷工质R1234yf/R32在R1234yf的质量分数为20%时的PVTx数据，并拟合维里状态方程.

1PVTx性质测试系统及原理

1.1PVTx性质测试系统

制冷工质PVTx性质测试系统主要包括压力测量系统、温度测量系统、配气系统、恒温槽、真空系统、PVTx实验本体及自动化测试分析软件.制冷工质PVTx性质测试是高精度的实验测量，因此尽量采用高精度的压力测量系统和温度测量系统.测试系统如图1所示.

1.2实验原理

本实验采用Burnett法对制冷工质PVTx的性质进行测量，因为不需要进行气体质量的称量和容积的体积标定，所以可以实现较高的实验测量精度.图2为Burnett法实验原理示意图，图中V1、V2、V3均为阀门.实验本体主要包括主容器A和膨胀容器B，容积分别为VA、VB.通过阀门V2将两个容器连接起来，并置于恒温环境中，以保证等温膨胀，根据A向B的多次放气过程可测量工质的气体压缩因子.

首先，对A、B两个容器抽真空，使两个容器的内部压力维持在3 Pa以下，并在一段时间内保持不变.

3结论

本文利用基于Burnett法搭建的PVTx性质测试系统测量了混合制冷工质R1234yf/R32在R1234yf的质量分数为20%时的气相PVTx性质，根据实验数据拟合出了该质量分数下混合制冷工质在的气态维里方程，通过比较证明实验数据与拟合方程具有较好的一致性.虽然混合制冷工质R1234yf/R32具有良好的发展前景，但是在开发新型高效环保可替代制冷剂方面仍需努力.

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