R134a热力性质的简易计算公式
时间:2025-04-03
时间:2025-04-03
R134a热力性质的简易计算公式
刘 晖 肖 红
(西安石油学院 710065)
摘 要 本文选择提供了一组简单的制冷工质热力性质基本计算方程,并推导了相应的焓和熵的计算公式,能在
制冷、空调工程的实用工作温度和压力范围内很方便的计算R134a的热力性质,具有能满足工程要求的合理计算精
度。状态方程采用截断至第二维里系数的简单维里方程,因此全部方程和公式形式简单,计算方便,当已知压力和
温度计算其它热力性质参数无须任何迭代运算。文中还拟合了R134a的Antoine蒸汽压方程常数,可用于-40℃-60℃
的温度范围,有较高的饱和蒸汽压计算精度。全部方程及公式适合工程设计应用。
关键词 R134a 制冷剂 热力性质 计算
R134a现已广泛地得到应用,有关其热力性质的计算方程也发表了许多[1,2,3],用这些方程也制作了相应
的R134a热力性质图表。由于这些文献在计算R134a热力性质时都使用的是非常复杂的多常数气体状态方程,导致整
套计算公式特别是焓和熵的计算式非常繁复,在工程设计中直接使用这些方程和计算式很不方便,有时也不必要。
在某些场合下,一组简单、便于使用并具有合理计算精度的R134a热力性质计算方程和公式可能更适合工程设计计
算使用,为此作者经过计算对比,选择出了一组能满足上述要求的R134a热力性质的简易计算方程,在工程实用的
压力温度范围内可供使用。
1 基本方程
包括气体状态方程、理想气体比热容方程、饱和蒸汽压方程和饱和液体比容方程。基本方程的选择以便于计
算、精度合理为准则。
1.1 气体状态方程
采用简单的截断至第二维里系数的维里方程,即
Z=1+(BV) (1)
没有用展为压力的幂级数形式的维里方程。计算对比表明式(1)的计算精度更好。
式(1)为比容的二次方程,求比容时很方便,但在接近临界区时,无比容的实根。
第二维里系数B采用Pitzer--Abbott关联式计算,即
BPc/RTc=B0+ωB(1) (2)
B(0)=0.083-0.422Tr-1.6 (3)
B(1)=0.139-0.122Tr-4.2 (4)
式中Tr=T/Tc。
对比计算表明,用式(2)至式(4)计算B,再由式(1)计算R134a比容的精度不低于用更复杂的其它关联式计算B时
的精度。
1.2 饱和蒸气压方程
用文献[1]提供的方程
lnP=π1/T+π2+π3T+π4(1-Tr)1.5 (5)
式中π1=-3.35346×10 3,π2=1.83606×10,π3=-2.90804×10-3,π4=2.78366。
上式适用于-40℃至临界温度。在已知压力求饱和温度时,须由式(5)迭代计算。为计算方便,作者根据文献
[4]中R134a蒸汽压实验数据,在-40℃-60℃的温度范围内回归了R134a的Antoine方程常数,得出了R134a的
Antoine方程,即
lnP=a-(b/T+c) (6)
式中a=14.72417,b=2252.088,c=-24.34848。与实验蒸汽压数据相比,式(6)的平均计算偏差为0.077%;与式
(5)相比,平均计算偏差为0.11%。式(6)使用方便,可据需要使用。
1.3 理想气体比热容方程
c 0 pm =c0+c1T+c2 T2 (7)
由文献[1],c0=19.4006,c1=2.58531×10-1,c2=-1.29665×10-4。
1.4 饱和液比容方程
用Yamada-Gunn饱和液比容方程,即
V′=V R Zφcr (8)
Zcr=0.29056-0.08775ω
φ=(1-Tr)2/7-(1-T R r)2/7
式中T R r=T R/T c,V R为任一参考温度T R下的饱和液比容。由文献[5],在25℃时R134a饱和液体密度为
1203kg/m3。
2 焓和熵计算式
有了以上4个基本方程,就可导出其余热力性质参数计算式。
2.1 汽化潜热
采用Watson关联式计算,即根据某一温度T1下的汽化潜热r1推算其它任一温度下的汽化潜热值。
r=r1(1-Tr/1-Tr1)0.375 (9)
式中Tr1=T1/Tc。以正常沸点汽化潜热作为已知值,由文献[1]有R134a正常沸点为-26.1℃,正常沸点汽化
潜热为215.8kJ/kg。
2.2 蒸汽焓
由热力学微分关系,可推导出焓与熵的计算式。
h=(1/M)(c0T+c1 T2/2+c2 T3/3)-RT+PV- RT 2/V * dB/dT+h0 (10)
式中h0为与基准点焓值规定有关的常数。
2.3 饱和液焓
h′=h″-r (11)
2.4 蒸汽熵
s=(1/M)(c0lnT+c1T+c2(T2/2))-Rln(RT/V)-(BR/V)-(RT/V)(dB/dT)+s0 (12)
式中s0为与基准点熵值规定有关的常数。
2.5 饱和液熵
s′=s″-(r/T)(13)
若规定以-40℃的饱和液为基准状态并规定基准状态的焓和熵分别为0kJ/kg和0kJ/kg·K,则
h0=118.2200kJ/kg,s0=-0.3041504kJ/kg·K。
3 计算及讨论
用以上方程和计算式,在-30℃至60℃的实用温度范围内,对R134a的饱和热力性质作了计算。由文献[1],
Pc=4056kPa,Tc=374.205K,由文献[4],ω=0.325。蒸汽压方程用式(5)。
各项参数的计算值与文献值[1]的平均偏差见表1。
表1 饱和蒸汽热力性质平均计算偏差 (%)
V′ V″ r h′ h″ s′ s″
0.253 0.990 0.431 3.75 0.542 3.66 0.555
由表1可见,用这套简明的方程和计算公式,在实用的饱和温度范围内计算R134a能得到令人满意的计算结果。
对饱和蒸汽各项热力性质参数的平均计算偏差均在1.0%以内,对汽化潜热和饱和液比容的计算偏差则在0.5%以内,
饱和液的焓和熵的计算偏差略大,约为3%~4%之间,但也在工程计算允许精度内。总的来说,这套方程和公式可以
可靠的应用于制冷、空调装置的工程设计中。
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