HFO类制冷剂与润滑油相溶性及黏度的理论与实验研究

作     者：许晨怡 

作者单位：浙江大学 

学位级别：硕士

导师姓名：韩晓红;史婉君

授予年度：2021年

学科分类：081702[工学-化学工艺] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：HFO 润滑油 R1234ze(Z) 相溶性 黏度 

摘      要：全球变暖是当今世界亟待解决的气候问题,而现阶段使用的大多数制冷剂是温室气体的来源之一。因此,推进新型环保制冷剂的替代工作已经成为制冷行业的共识。HFO类制冷剂因其良好的循环性能与环保特性受到广泛关注。目前已有部分研究基于HFO类制冷剂的性质对其可能的应用场景进行分析,其中,本文所研究的HFO制冷剂R1234ze(Z)的传热特性与循环性能与R245fa相当,可作为其替代制冷剂用于高温热泵等场合。在制冷剂的实际替代应用过程中,由于润滑油对制冷系统各部件的影响,为新型制冷剂匹配专用润滑油要求其与制冷剂具有合适的相溶性与良好的黏温性能。因此,选择与HFO类制冷剂适用的润滑油,并研究其与润滑油混合溶液的黏度,成为推广HFO类制冷剂前期工作中必不可少的一环。本文开展了以下几方面的工作:(1)对于HFO类制冷剂系统润滑油的选择,通过分子动力学模拟工具,建立了基于溶解度参数的相溶性理论预判方法,可通过理论计算预测制冷剂与润滑油的相溶性,由此初步选择与制冷剂相溶性良好的润滑油,以开展进一步实验研究。针对目前成分未知、无法建模计算的润滑油,提出一种间接计算其溶解度参数的方法,即通过计算已验证与其相溶性良好的制冷剂的溶解度参数,来确定润滑油的溶解度参数范围。(2)针对R1234ze(Z)制冷剂,由(1)中建立的理论预判方法预测其与高黏度POE润滑油具有良好的相溶性。改进建立基于旋转式毛细管黏度计的制冷剂与润滑油溶解度及黏度测量装置,对两者的相溶性进行实验验证,结果表明理论预测结果与实验结果相吻合,反映所提出的理论预判方法对于新型HFO制冷剂适配润滑油的选择工作具有一定参考性。并对R1234ze(Z)制冷剂与高黏度POE润滑油在313.15K43.15K温度范围内的溶解度与黏度进行测量。(3)根据测得的实验数据,关联获得了专用的R1234ze(Z)/高黏度POE混合溶液溶解度与黏度方程,其中采用SEETTON混合物溶解度模型进行溶解度计算,采用改进后的增强型混合物黏度计算模型进行黏度计算,并根据溶解度与黏度专用方程绘制可用于工程设计的Daniel图。