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三氟碘甲烷和二氟甲烷的热物理性质研究

段远源  
【摘要】:根据蒙特利尔议定书的要求,氯氟烃类物质(CFC)和含氢氯氟烃类物质 (HCFC)将被禁用。三氟碘甲烷(CF_3I)是一种很有希望的制冷剂替代物,特别是作 为混合物的一种组元替代CFC-12,但其现有的热物性数据极其有限;二氟甲烷 (CH_2F_2,HFC-32)是国际上公认的HCFC-22最有希望的替代物;本文以精确的物 性实验为基础,并结合理论分析,对CF_3I和HFC-32的热物理性质进行了研究。 改进了PVT实验装置的压力测量系统,测量了从低于正常沸点温度到临界 温度的CF_3I饱和蒸气压,建立了高精度的饱和蒸气压方程,确定了CF_3I的正常 沸点和偏心因子;讨论了膨胀定容法测量流体PVT性质的原理,从理论上导出 了一些数据处理的原则和误差判断的方法,结合CF_3I的PVT性质的测量进行了 分析;测量了CF_3I的气相PVT性质,建立了CF_3I的气相状态方程。 建立了临界参数和饱和气液密度实验台,测量了CF_3I的气液共存线,根据 气液界面消失的位置和临界乳光强度确定了CF_3I的临界温度和临界密度,由蒸 气压测量结果外推确定了临界压力;根据重整化群理论关联了近临界区的气液共 存线,导出了有关的临界指数;给出了适用于广阔温度范围的CF_3I的饱和气液 密度关联式;结合饱和蒸气压研究成果,给出了CF_3I的饱和蒸发焓关联式。 提出了一种毛细管粘度计测量制冷剂类流体饱和液粘度的新方法,讨论了 粘度计结构参数的选择方法,提出了新的仪器常数的标定方法,全面分析了各种 影响因素;测量了CF_3I的饱和液粘度,给出了CF_3I的饱和液粘度关联式;改进 了瞬态热线法测量流体导热系数的实验装置,使其可应用于整个气相区,扩大了 测量范围,改进了数据采集系统,提高了测量精度;测量了氮气的导热系数,验 证了实验装置的测量精度和可靠性;测量了CF_3I的气相区导热系数,给出了CF_3I 的气相区导热系数关联式,外推确定了CF_3I的饱和气和稀薄气体导热系数。 改进了声速测量设备,扩展了声速的实验范围,提高了理想气体热容的确 定精度;结合声学和热力学理论,导出了声速测量的衍射和导波模式修正、 Kirchhoff-Helmholtz吸收和古典性吸收修正及分子振动驰豫修正的公式;测量了 HFC-32和CF_3I的气相声速,导出了相应温度下的HFC-32和CF_3I的理想气体热 容和声速第二维里系数;以方阱势能函数为基础,使用半经验方法导出了HFC- 32和CF_3I的第二维里系数关联式,并与PVT实验得到的结果进行了比较。 确定了HFC-32的临界参数和三相点压力;建立了高精度的适用于从三相 点温度到临界温度的HFC-32的饱和蒸气压方程和饱和液密度方程;建立了适用 于整个区域高精度的HFC-32状态方程,既可以再现常规区域的经典规律又可以 描述临界涨落区二阶相变的奇异现象,很好地满足了热力学的内在规律性,高精 度地再现了现有的各种热力学性质的实验数据;给出了各种热力学性质的计算式 和热力性质图表,全面描述了HFC-32整个热力面上的各种热力学性质。 本文在国际上首次系统地研究了CF_I的热物理性质,综合现有实验成果高 精度地全面描述了HFC-32的热力学性质。


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