Термодинамічні властивості озононеруйнівних холодоагентів та їх розчинів з мастилами

На експериментальній установці з проточним кріостатом досліджено поверхневий натяг таких холодоаґентів: R113, R114, R115, R142b, R152а, RС318, R12В1. На установці з анероїдним кріостатом виміряний поверхневий натяг холодоаґентів R10, R11, R14, R22, R23, R113, R114, R122а, R134а, R143а, R152а, R218, R318, R329, R114В2, R132В2, R216В2. Дослідження поверхневого натягу холодоаґентів R12, R115, R142b, R152а, R13В1 у широкому околі критичної точки проведено на експериментальній установці з рідинним термостатом. На установці з анероїдним кріостатом виміряно поверхневий натяг таких бінарних сумішей холодоаґентів: R14-R22, R500, R502, R13-R116, R22-R142b, R23-R116, R152а-R134а, R218-R134а. Крім того, визначено значення капілярної сталої і поверхневого натягу на кривій розшарування суміші R14-R22, вивчено характер температурної залежності поверхневого натягу при температурах нижчих від потрійної точки.

Вимірювання поверхневого натягу сумішей холодоаґентів R22-R142b, R218-R134а, R152а-R134а в широкому околі критичної точки проведено на установці з рідинним термостатом. На цій самій установці проведено дослідження густини, тиску насичених парів і кривої розшарування РХМ холодоаґенту R134а-R152а (0. 8/0. 2).

При зміненні теплофізичних властивостей РХМ було прийнято низку припущень:

– від температури помутніння до температури спалаху холодильні мастила розглядалися як чисті речовини;

– змін фракційного складу мастила в досліджених інтервалах параметрів немає;

– у паровому просторі над рідкою сумішшю знаходиться тільки чистий холодоаґент. Парціальний тиск мастила не враховувався.

Візуальне спостереження за поведінкою зразка у вимірювальному осередку давало можливість фіксувати температуру розшарування рідкого розчину. У процесі експерименту варіювався як склад суміші холодоаґентів R134а-R152а – “Х”, так і масовий склад РХМ – “С”. Аналізуючи одержані криві розшарування розчинів у холодильних мастилах ХФ-22с-16 і ХФС-134 та Castrol Icematic SW 22/R134а, Arctic EAL 22/R134a, зроблено висновок про те, що вивчені системи мають обмежену розчинність з верхньої критичною точкою розшарування.

При концентрації суміші R134а-R152 (0. 8/0. 2 моль/моль) спостерігається досить висока розчинність (вище за 5% при Т=245 К) у серійно вироблюваному мастилі ХФ-22с-16. У розробленому ВНДІ НП для холодоаґенту R134а в холодильному мастилі ХФС-134 суміш R134а-R152а розчинна при будь-яких концентраціях РХМ аж до температури 230 К. Холодоаґент R134а-R152 (0. 8/0. 2 моль/моль) має високу розчинність у мастилах, відповідає вимогам пожежобезпечності та високої енергетичної ефективності.

Значний інтерес для аналізу достовірності опублікованої інформації становить висновок про значну зміну складу рідкої фази РХМ при ізохорному збільшенні температури зразка у вимірювальному осередку (див. рис. 1 і 2). Тому для одержання коректно виміряних величин термодинамічних властивостей РХМ об’єм парової фази зразка в осередку повинен бути мінімальним.

Перехід на озононеруйнівні HFC-холодоаґенти потребував застосування нових мастил на основі РОЕ- (Polyol ester) та PAG- (Polyalkylene glycol) сполук, дані про які на сьогоднішній день дуже обмежені. Не менш актуальною для розвитку холодильної техніки є задача створення розчинного в аміаку мастила. В 1997 р. українськими дослідниками, включаючи автора, були розроблені нові синтетичні мастила ХМРА. За результатами проведених досліджень було підготовлено патент України №48172 від 15. 08. 2002 р. ХМРА-1 є новим, цілком розчинним в аміаку компресорним мастилом. Як показали проведені дослідження, за своїми технологічними характеристиками воно значно переважає відомі аналоги і, на відміну від PAG-сполук, не розкладається у присутності домішок води.

Для комплексного дослідження ТФВ таких практично важливих робочих тіл, як Castrol Icematic SW 22/R134a, Mobil EAL Arctic 22/R134a та ХМРА-1/R717, в лабораторії кафедри інженерної теплофізики ОДАХ були створені експериментальні стенди, опис яких наведено в дисертації. На цьому обладнанні досліджено тиск насичених парів, густина, криві розшарування вказаних вище РХМ.

У п’ятому розділі дисертації запропоновано нові методи прогнозування густини, тиску насичених парів, капілярної сталої, поверхневого натягу, теплоти випаровування, ентальпії, псевдокритичних параметрів, молекулярної маси холодоаґентів і РХМ.

В умовах переведення холодильного обладнання на озононеруйнівні холодоаґенти і нові мастила проблема одержання достовірної інформації про ТФВ робочих тіл розрахунковими методами при мінімальному обсязі вихідної емпіричної інформації залишається актуальною. Запропонований у дисертації новий феноменологічний підхід до прогнозування ТФВ нормальних речовин на лінії насичення оснований на декількох положеннях. В рамках першого підкреслено визначальний вплив флуктуацій на характер зміни термодинамічних функцій. Другим феноменологічним аспектом є висновок про універсальний для неасоційованих речовин характер зміни флуктуацій термодинамічних функцій на лінії насичення. По-третє, для мети прогнозування ТФВ рекомендується застосовувати основні принципи скейлінгу. У роботі показано, що застосування простих степеневих залежностей від зведеної температури, наявність співвідношень подібності (скейлінгу) між критичними показниками, універсальні співвідношення амплітуд відкривають широкі можливості в розвитку термодинамічно узгоджених методів прогнозування.

Суть запропонованого підходу до прогнозування капілярної сталої – а2; різниці густин на лінії кипіння і конденсації – ='-«, густини на лінії кипіння – ' та конденсації – «, тиску насичених парів – РS, поверхневого натягу –  – зводиться до опису даних