R32及其常用兩種潤(rùn)滑油POE和PVE物性計(jì)算模型

史紅艷 吳建華

（西安交通大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院 西安 710049）

R32及其常用兩種潤(rùn)滑油POE和PVE物性計(jì)算模型

史紅艷 吳建華

（西安交通大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院 西安 710049）

準(zhǔn)確計(jì)算制冷劑和潤(rùn)滑油的物性是壓縮機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。本文根據(jù)已知數(shù)據(jù)，通過(guò)顯式擬合法，給出了在常見(jiàn)范圍內(nèi)制冷劑R32飽和液體、飽和氣體、過(guò)熱氣體及POE和PVE潤(rùn)滑油的熱物性計(jì)算模型，并比較分析了這些物質(zhì)的物性的特點(diǎn)。模型對(duì)物性參數(shù)的計(jì)算值與已知數(shù)據(jù)的偏差均在5%以?xún)?nèi)，為R32與POE或PVE混合物物性計(jì)算奠定了基礎(chǔ)。本文提出的計(jì)算模型簡(jiǎn)單、可靠，可使模擬計(jì)算時(shí)間更短、精度更高。

R32；POE潤(rùn)滑油；PVE潤(rùn)滑油；物性；模型

在實(shí)際工作中，高背壓壓縮機(jī)的排氣溫度一般遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)制冷劑的臨界溫度，高溫制冷劑直接與油池內(nèi)的潤(rùn)滑油接觸并溶解。要提高制冷系統(tǒng)效率，必須準(zhǔn)確計(jì)算制冷劑在油池內(nèi)與潤(rùn)滑油的接觸溶解后的制冷劑?潤(rùn)滑油混合物的飽和壓力、混合黏度、混合導(dǎo)熱系數(shù)等數(shù)據(jù)，所以首先要準(zhǔn)確計(jì)算制冷劑的物性。R32作為制冷劑具有較好的熱物理性能，主要缺陷是排氣溫度和排氣壓力過(guò)高，并且R32分子直徑小，易和水分一起被吸附。如何通過(guò)技術(shù)改進(jìn)改變這一缺點(diǎn)，是R32壓縮機(jī)研究中的一個(gè)熱點(diǎn)。

趙斌等［1］通過(guò)擬合關(guān)聯(lián)式給出了 R410A和R407C熱力性質(zhì)的簡(jiǎn)便計(jì)算方法，采用熱力參數(shù)顯式擬合，在滿(mǎn)足精度要求的情況下大大提高了計(jì)算速度，說(shuō)明這種方法的可行性。沈宇綱等［2］采用隱式三次多項(xiàng)式擬合了R410A和R407C的熱力性質(zhì)，雖然精度高，計(jì)算速度快，但是計(jì)算較為復(fù)雜。

潤(rùn)滑油作為潤(rùn)滑劑，其黏度、導(dǎo)熱系數(shù)等特性能否滿(mǎn)足熱力要求是壓縮機(jī)設(shè)計(jì)中潤(rùn)滑油選型的關(guān)鍵因素。富永正一等［3］的研究證明了HFC制冷劑用PVE潤(rùn)滑油具有長(zhǎng)期可靠性。H.Takahashi等［4］通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究了一種新型的ester潤(rùn)滑油，當(dāng)R32溶解在其中時(shí)對(duì)其黏度影響較小，但其與制冷劑互溶性不是很好。

魏文建等［5］用顯式簡(jiǎn)化計(jì)算方法給出了R410A及其與所用潤(rùn)滑油POE?VG68混合物的物性。T. Matsumoto等［6］對(duì)R32＆PVE的互溶性、溶解度、黏度和穩(wěn)定性進(jìn)行了計(jì)算，并提出一種新的PVE，其與R32有更好的互溶性。M.Tanaka等［7］提出的新的PVE和POE潤(rùn)滑油與R32有更好的互溶性。U.Le?on等［8］比較了新型POE潤(rùn)滑油與和原有POE潤(rùn)滑油與制冷劑混合物物性，優(yōu)化得到更適合制冷劑的POE潤(rùn)滑油，對(duì)純POE潤(rùn)滑油的物性沒(méi)有做單獨(dú)分析。

對(duì)于R32及其常用潤(rùn)滑油，以往的研究在物性方面的計(jì)算大多是混合物溶解度和混合黏度，對(duì)純潤(rùn)滑油物性的計(jì)算很少，混合物的密度、黏度、導(dǎo)熱系數(shù)、定壓比熱容、表面張力和比焓的計(jì)算必須有純工質(zhì)物性作為基礎(chǔ)，在此情況下本文研究得出了較為全面的R32及其常用潤(rùn)滑油的物性計(jì)算關(guān)聯(lián)式。

1 模型擬合所需的已知參數(shù)的獲取

制冷劑的物性擬合模型所需的已知參數(shù)通過(guò)物性軟件NIST REFPROP8.0查取。潤(rùn)滑油或壓縮機(jī)廠家給出的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合出的曲線和部分關(guān)鍵點(diǎn)處的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1所示。對(duì)于潤(rùn)滑油黏度，當(dāng)制冷劑在潤(rùn)滑油與制冷劑混合物中的溶解度為0%時(shí)，即為純潤(rùn)滑油的物性數(shù)據(jù)，查得曲線的數(shù)值與所給單個(gè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)相差很小，不到3%，可認(rèn)為廠家所給實(shí)驗(yàn)曲線可靠，從實(shí)驗(yàn)曲線查得的值可作為實(shí)驗(yàn)參數(shù)使用。

表1 POE?VG74潤(rùn)滑油熱力參數(shù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)Tab.1 The experimental physical properties of POE?VG74 oil

表2 R32飽和氣、液體線物性擬合參數(shù)Tab.2 Correlation parameters of saturation liquid and saturation gas of R32

2 R32制冷劑熱力參數(shù)計(jì)算

要快速計(jì)算制冷劑飽和狀態(tài)與過(guò)熱狀態(tài)的熱力性質(zhì)，一般采取基于狀態(tài)方程的理論求解［9－10］和基于Cleland簡(jiǎn)化計(jì)算模型基礎(chǔ)上的快速熱物性多項(xiàng)式求解［11］。這兩種方法在給定的工質(zhì)范圍內(nèi)具有精度高、計(jì)算準(zhǔn)確的優(yōu)點(diǎn)，存在的問(wèn)題是計(jì)算多項(xiàng)式比較復(fù)雜，且對(duì)于部分熱力性質(zhì)（定壓比熱容、導(dǎo)熱系數(shù)、運(yùn)動(dòng)黏度等）的擬合計(jì)算沒(méi)有涉及或者計(jì)算范圍較窄。本文在公開(kāi)發(fā)表的相關(guān)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上［12］，提出了較為簡(jiǎn)單的擬合關(guān)聯(lián)式計(jì)算制冷劑的熱力性質(zhì)。

為了模擬計(jì)算的準(zhǔn)確性，制冷劑R32的遷移性質(zhì)采用查詢(xún)數(shù)據(jù)直接進(jìn)行擬合。通過(guò)NIST物性查詢(xún)軟件REFPROP 8.0得到R32的運(yùn)動(dòng)黏度、導(dǎo)熱系數(shù)等數(shù)據(jù)，然后通過(guò)數(shù)據(jù)擬合軟件得到多項(xiàng)式。

為了推算制冷劑?潤(rùn)滑油液體混合物的遷移性質(zhì)，擬合了R32飽和液體部分、超臨界液體部分的遷移性質(zhì)，同時(shí)為了模擬壓縮機(jī)進(jìn)出口狀態(tài)也擬合了飽和氣體部分、過(guò)熱區(qū)氣體部分的物性，擬合公式參數(shù)如表2所示。并與被替代工質(zhì)R410A的物性作對(duì)比，如圖1所示。對(duì)于超臨界液體部分的擬合推算，采取從臨界前的某點(diǎn)直接線性擬合到超臨界區(qū)。

2.1 飽和線物性及超臨界虛擬液態(tài)物性

1）飽和壓力

式中：溫度范圍為［231.15 K，345.15 K］，最大誤差小于1%。

圖1 R32飽和液體、氣體密度?溫度模型計(jì)算結(jié)果與NIST查詢(xún)值的對(duì)比及與R410A模型計(jì)算結(jié)果對(duì)比Fig.1 Comparison between model and NIST date of density?temperature for R32 of saturation liquid and gas and the comparison to R410A density model

2）密度

（1）飽和液體密度

式中：溫度范圍為［231.15 K，345.15 K］的擬合式最大誤差為0.9%。

（2）飽和氣體密度

式中：溫度范圍為［233.15 K，343.15 K］，擬合式最大誤差為4.3%。

3）定壓比熱容

（1）飽和液體定壓比熱容

式中：溫度范圍為［231.15 K，333.15 K］的擬合式最大誤差為0.4%。

（2）飽和氣體定壓比熱容

式中：溫度范圍為［233.15 K，333.15 K］，擬合式最大誤差為0.04%。

4）導(dǎo)熱系數(shù)

（1）飽和液體導(dǎo)熱系數(shù)

式中：溫度范圍為［231.15 K，423.15 K］，誤差小于1%。

（2）飽和氣體導(dǎo)熱系數(shù)

式中：溫度范圍為［233.15 K，333.15 K］，擬合式最大誤差為0.2%。

5）表面張力

式中：溫度范圍為［233.15 K，333.15 K］時(shí)，誤差小于1%。

6）運(yùn)動(dòng)黏度

（1）飽和液體運(yùn)動(dòng)黏度

式中：溫度范圍為［231.15 K，348.15 K］，T＝348.15 K時(shí)誤差為2%，其余誤差小于1%。

（2）飽和氣體運(yùn)動(dòng)黏度

式中：溫度范圍為［233.15 K，333.15 K］，擬合式最大誤差小于1%。

7）飽和線焓值

（1）液態(tài)飽和線焓值

溫度范圍為［231.15 K，423.15 K］時(shí)，液、氣態(tài)飽

和線定壓比熱容如式（4）所示，將其對(duì)T積分，得到：

式中：根據(jù)NIST查得的焓值，取－40℃為比焓計(jì)算參考零點(diǎn)，將NIST數(shù)據(jù)平移至該點(diǎn)后的數(shù)據(jù)與該擬合式擬合數(shù)據(jù)對(duì)比，最大誤差不大于2%。

（2）氣態(tài)飽和線焓值

溫度范圍為［233.15 K，333.15 K］時(shí)，氣態(tài)飽和線定壓比熱容如式（5）所示，以－40℃為比焓計(jì)算參考零點(diǎn)，將其對(duì)T積分，得到：

式中：溫度范圍為［233.15 K，333.1 K］。

R32的臨界溫度Tcr＝351.25 K。由圖1可知，溫度范圍為［231.15 K，345.15 K］時(shí)，對(duì)于飽和液體密度，R32均小于R410A，而超臨界液體部分R32大于R410A，且都隨溫度的增加而減小；對(duì)于飽和氣體密度，R32小于R410A，且隨溫度的增加而增大。由圖2可知：溫度范圍為［231.15 K，370.15 K］時(shí)，對(duì)于飽和液體定壓比熱容，R32均大于R410A，其余部分均小于R410A，且都隨溫度的增加而增大；對(duì)于飽和氣體定壓比熱容，溫度范圍為［233.15 K，324.15 K］時(shí)，R32均大于 R410A，其余部分 R32小于R410A，且隨溫度的增加而增大。由圖3可知：R32的飽和液體導(dǎo)熱系數(shù)均大于R410A，且都隨溫度的增加而減小，飽和氣體導(dǎo)熱系數(shù)與R410A的相差不大，且隨溫度的增加而增大。由圖4可知，溫度范圍為［231.15 K，270.15 K］時(shí)，對(duì)于飽和液體運(yùn)動(dòng)黏度，R32與R410A的相差不大，大于270.15 K后差距增加，且R32高于R410A，都隨溫度的增加而減小；對(duì)于飽和氣體運(yùn)動(dòng)黏度，R32均大于R410A，且隨溫度的增加而減小。由圖5可知，R32的飽和焓值與R410A的相差不大，且均隨溫度的增加而增大。由圖6可知，R32的飽和壓力均高于同溫下的R410A的壓力。由圖7可知，R32的表面張力均大于R410A的，且均隨溫度增加而減小。

圖2 R32飽和液體、氣體定壓比熱?溫度模型結(jié)果與NIST查詢(xún)值的對(duì)比及與R410A模型計(jì)算結(jié)果對(duì)比Fig.2 Comparison between model and NIST date of specific heat capacity?temperature for R32 of saturation liquid and gas and the comparison to R410A specific heat capacity model

2.2 R32過(guò)熱區(qū)的遷移性質(zhì)

制冷劑過(guò)熱區(qū)的狀態(tài)需要溫度T和壓力p共同定義。對(duì)于R32，遷移性質(zhì)的擬合計(jì)算式是關(guān)于T和p的函數(shù)。文中用于擬合的數(shù)據(jù)通過(guò)NIST物性查詢(xún)軟件REFPROP8.0得到。具體做法為：先給出一定壓力，然后查出給定壓力對(duì)應(yīng)的飽和溫度，并以該溫度為基準(zhǔn)溫度，按一定溫度間隔查得對(duì)應(yīng)溫度下的密度、定壓比熱容、導(dǎo)熱系數(shù)和運(yùn)動(dòng)黏度。然后再改變壓力，采用同樣的方法查得R32的密度、定壓比熱容、導(dǎo)熱系數(shù)和運(yùn)動(dòng)黏度。考慮R32滾動(dòng)轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)實(shí)際工作可能達(dá)到的壓力，將過(guò)熱區(qū)的壓力范圍取為0.27～5.4 MPa。考慮氣態(tài)飽和線線上物性的連續(xù)性，以p／psat和T為因變量分別對(duì)密度、運(yùn)動(dòng)黏度、定壓比熱容和導(dǎo)熱系數(shù)進(jìn)行擬合。各擬合式的物性擬合參數(shù)見(jiàn)表3。

1）過(guò)熱區(qū)的密度

圖3 R32飽和液體、氣體導(dǎo)熱系數(shù)?溫度模型計(jì)算結(jié)果與NIST查詢(xún)值的對(duì)比及與R410A模型結(jié)果對(duì)比Fig.3 Comparison between model and NIST date of thermal conductivity?temperature for R32 of saturation liquid and gas and the comparison to R410A thermal conductivity model

圖4 R32飽和液體、氣體運(yùn)動(dòng)黏度?溫度模型計(jì)算結(jié)果與NIST查詢(xún)值的對(duì)比及與R410A模型結(jié)果對(duì)比Fig.4 Comparison between model and NIST date of kinematic viscosity?temperature for R32 of saturation liquid and gas and the comparison to R410A kinematic viscosity model

圖5 R32飽和液體、氣體比焓?溫度模型計(jì)算結(jié)果與NIST查詢(xún)值的對(duì)比及與R410A模型結(jié)果對(duì)比Fig.5 Comparison between model and NIST date of specific enthalphy?temperature for R32 of saturation liquid and gas and the comparison to R410A specific enthalphy model

式中：x＝ln（p），y＝T，以p／psat為因變量擬合誤差較大，因此采用直接擬合，只有個(gè)別幾個(gè)數(shù)據(jù)誤差不在5%以?xún)?nèi)，其余都符合誤差要求。

2）過(guò)熱區(qū)的定壓比熱容

圖6 R32飽和壓力?溫度模型計(jì)算結(jié)果與NIST查詢(xún)值的對(duì)比及與R410A壓力模型結(jié)果對(duì)比Fig.6 Comparison between model and NIST date of saturation pressure?temperature for R32 and the comparison to R410A pressure model

圖7 R32表面張力?溫度模型計(jì)算結(jié)果與NIST查詢(xún)值對(duì)比及與R410A表面張力模型結(jié)果對(duì)比Fig.7 Comparison between model and NIST date of surface tension?temperature for R32 of saturation liquid and gas and the comparison to R410A surface tension model

表3過(guò)熱區(qū)遷移性質(zhì)擬合公式參數(shù)Tab.3 The correlation parameter of the overheating zone

式中：x＝ln（p／psat），y＝ln（T），誤差均在5%以?xún)?nèi)，符合誤差要求。

3）過(guò)熱區(qū)的導(dǎo)熱系數(shù)

式中：x＝ln（p／psat），y＝ln（T），除臨界位置誤差稍大，其余誤差均在3%以?xún)?nèi)，符合誤差要求。

4）過(guò)熱區(qū)的運(yùn)動(dòng)黏度

式中：x＝ln（p／psat），y＝T，誤差均在5%以?xún)?nèi)，符合誤差要求。

3 POE／PVE潤(rùn)滑油熱力參數(shù)計(jì)算

在制冷空調(diào)系統(tǒng)中，評(píng)價(jià)潤(rùn)滑油對(duì)系統(tǒng)性能的影響，常用的熱力參數(shù)為密度、運(yùn)動(dòng)黏度、定壓比熱容、導(dǎo)熱系數(shù)、表面張力以及比焓等。其他參數(shù)如摩爾質(zhì)量、臨界狀態(tài)參數(shù)、常壓沸點(diǎn)等在制冷系統(tǒng)中甚少涉及。因此本文主要給出必需的熱力參數(shù)計(jì)算關(guān)聯(lián)式。公司提供的關(guān)于POE?VG74和PVE?VG68潤(rùn)滑油的熱力參數(shù)數(shù)據(jù)如表1所示。并將兩種潤(rùn)滑油的各種物性做對(duì)比，如圖1所示。

3.1 密度

1）POE

一般而言，潤(rùn)滑油廠家會(huì)提供若干個(gè)溫度點(diǎn)的密度值，并采用線性關(guān)聯(lián)式描述潤(rùn)滑油的密度溫度關(guān)系［5，13－15］：

通過(guò)廠家提供的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，結(jié)果為：

式中：擬合結(jié)果與廠家實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的誤差不大于0.2%。

2）PVE

從廠家所給PVE?VG50的密度實(shí)驗(yàn)曲線可知：PVE潤(rùn)滑油密度的變化是線性的，進(jìn)而對(duì)PVE?VG68在線性斜率不變的情況下做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整進(jìn)行估算：

3.2 運(yùn)動(dòng)黏度

潤(rùn)滑油運(yùn)動(dòng)黏度的計(jì)算國(guó)內(nèi)外學(xué)者提出了不同的形式：M.A.Kedzierski［16］提出了以指數(shù)形式擬合黏度模型；國(guó)內(nèi)的學(xué)者則推薦采用沃塞爾雙對(duì)數(shù)模型來(lái)描述擬合黏度模型。公司提供了POE?VG74和PVE?VG68潤(rùn)滑油的運(yùn)動(dòng)黏度曲線，通過(guò)讀圖得到－20～120℃范圍內(nèi)的運(yùn)動(dòng)黏度數(shù)據(jù)。通過(guò)對(duì)潤(rùn)滑油黏度實(shí)驗(yàn)曲線擬合驗(yàn)證，認(rèn)為雙對(duì)數(shù)模型在給定范圍內(nèi)能更好地描述潤(rùn)滑油的黏度關(guān)系。擬合結(jié)果整理為：

式中：溫度范圍均為［－253.15 K，353.15 K］，誤差小于4%。

3.3 比熱容

1）POE

廠家所給的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)較少，因此采用 J.R. Thome［17］的一種基于密度和溫度的模型，其形式為：

式中：不確定度為5%。T＝15℃時(shí)計(jì)算的比熱容為1.636 7 kJ／（kg·K），發(fā)現(xiàn)計(jì)算結(jié)果與廠家提供實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)有8%的誤差。將上式改寫(xiě)為：

式中：在計(jì)算比熱容時(shí)保持分子中斜率及分母密度公式不變，只對(duì)分子的截距做修正，使上式在15℃（288.15 K）時(shí)的計(jì)算結(jié)果與廠家實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合。

2）PVE

從廠家所給PVE?VG50的比熱實(shí)驗(yàn)曲線可知，PVE潤(rùn)滑油比熱的變化是線性的，對(duì)PVE?VG68進(jìn)行線性擬合，

式中：根據(jù)已知的第三點(diǎn)驗(yàn)證誤差不大于0.5%。

3.4 導(dǎo)熱系數(shù)

1）POE

M.R.Conde［14］，Y.Mermond等［15］及 P.E. Liley等［18］分別給出各自的導(dǎo)熱系數(shù)計(jì)算模型，前兩者由于計(jì)算中使用了摩爾質(zhì)量和臨界參數(shù)，計(jì)算結(jié)果可靠性和實(shí)用性受到限制。魏文建等［5］采用一種基于Bell公式的改進(jìn)關(guān)聯(lián)式計(jì)算POE類(lèi)潤(rùn)滑油的導(dǎo)熱系數(shù)，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)關(guān)聯(lián)式的分母進(jìn)行修正。由于POE?VG74與POE?VG68的物性比較相近，因此可用此關(guān)聯(lián)式，并對(duì)其分母進(jìn)行調(diào)整，使之與廠家實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)吻合。計(jì)算關(guān)聯(lián)式可表述為：

2）PVE

從廠家所給PVE?VG50的導(dǎo)熱系數(shù)實(shí)驗(yàn)曲線可以看出，PVE潤(rùn)滑油導(dǎo)熱系數(shù)的變化是線性的，對(duì)PVE?VG68進(jìn)行線性擬合，得：

式中：誤差最大為1.3%。

3.5 表面張力

1）POE

潤(rùn)滑油表面張力的計(jì)算模型可用于壓縮機(jī)中潤(rùn)滑油的排油率、油氣分離計(jì)算。其計(jì)算模型適應(yīng)于Y.Mermond等［15］給出的Brock、Bird和Miller非極性液體的表面張力計(jì)算模型：

由于R32對(duì)應(yīng)使用的POE?VG74潤(rùn)滑油缺少必要的基礎(chǔ)參數(shù)，且其臨界溫度、臨界壓力參數(shù)的計(jì)算表達(dá)式較為復(fù)雜且精度較低，因此擬采用POEVG68潤(rùn)滑油來(lái)近似POEVG74潤(rùn)滑油。相比較而言，魏文建等［5］采用的Bell模型簡(jiǎn)單實(shí)用，該模型認(rèn)為表面張力是溫度的線性函數(shù)：

上式是對(duì)文獻(xiàn)中的公式簡(jiǎn)化。由于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中的表面張力沒(méi)有給出單位，因此不能進(jìn)行調(diào)整。

2）PVE

從廠家所給PVE?VG50的表面張力實(shí)驗(yàn)曲線可以看出，PVE潤(rùn)滑油表面張力的變化是線性的，進(jìn)而對(duì)PVE?VG68在線性斜率不變的情況下做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整對(duì)其進(jìn)行估算。

3.6 比焓

計(jì)算潤(rùn)滑油比焓的目的是計(jì)算制冷劑?潤(rùn)滑油混合物的混合焓。在壓縮機(jī)油池內(nèi)，潤(rùn)滑油一直處于液相狀態(tài)，可以根據(jù)比熱容的積分式直接計(jì)算比焓。

式中：考慮制冷劑與潤(rùn)滑油混合后的混合焓的計(jì)算，按照傳統(tǒng)取T＝－233.15 K設(shè)為潤(rùn)滑油比焓計(jì)算參考零點(diǎn)，即在－40℃時(shí)，制冷劑和潤(rùn)滑油的比焓均為0 kJ／kg。

圖8 POE與PVE的物性模型計(jì)算結(jié)果對(duì)比Fig.8 Comparision of POE and PVE physical properties

3.7 物性分析

由于PVE?VG68潤(rùn)滑油和POE?VG74潤(rùn)滑油都是以40℃的運(yùn)動(dòng)黏度值為基準(zhǔn)，這兩種潤(rùn)滑油的不同可以近似代表POE與PVE兩類(lèi)潤(rùn)滑油的不同。由圖8可知，POE潤(rùn)滑油密度在全范圍內(nèi)都小于PVE潤(rùn)滑油密度；當(dāng)溫度小于373.15 K時(shí)，POE定壓比熱容大于PVE，當(dāng)溫度大于373.15 K時(shí)，POE的定壓比熱容小于PVE的定壓比熱容；POE導(dǎo)熱系數(shù)、比焓在全范圍內(nèi)均大于PVE潤(rùn)滑油；而兩類(lèi)潤(rùn)滑油運(yùn)動(dòng)黏度相差不大；溫度在273.15 K以上時(shí)POE表面張力比PVE小。因此選擇潤(rùn)滑油時(shí)要綜合考慮物性不同對(duì)壓縮機(jī)性能帶來(lái)的影響。

4 結(jié)論

本文根據(jù)實(shí)驗(yàn)已知數(shù)據(jù)，通過(guò)顯式擬合法和經(jīng)驗(yàn)公式推算，給出了在常見(jiàn)范圍內(nèi)R32飽和液體、飽和氣體、過(guò)熱氣體及POE和PVE潤(rùn)滑油的熱物性計(jì)算模型。模型簡(jiǎn)單可靠，與已知數(shù)據(jù)的誤差均在±5%以?xún)?nèi)。同時(shí)通過(guò)與R410A進(jìn)行對(duì)比，分析了R32的物性，比較分析了POE與PVE潤(rùn)滑油的物性，為模擬與分析壓縮機(jī)油池中制冷劑的含量對(duì)壓縮機(jī)性能的影響以及對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的影響奠定基礎(chǔ)。

本文受廣東省產(chǎn)學(xué)研項(xiàng)目（2014B090901006）——新型環(huán)保R32空調(diào)用高效壓縮機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)研究及產(chǎn)業(yè)化資助。（The project was supported by the Guangdong Province Depart?ment of Science and Technology（No.2014B090901006）：new environmental protection R32 research and industrialization of key technologies for high efficiency compressor of air conditioner.）

符號(hào)說(shuō)明

p——飽和壓力，MPa

cp——定壓比熱容，kJ／（kg·K）

T——溫度，K

t——溫度，℃

h——比焓，kJ／kg

ρ——密度，kg／m3

ν——運(yùn)動(dòng)黏度，mm2／s

σ——表面張力，mN／m

λ——導(dǎo)熱系數(shù)，mW／（m·K）

下標(biāo)

sat——飽和

L——飽和液體

g——過(guò)熱氣體

V——飽和氣體

o——潤(rùn)滑油

0——已知點(diǎn)

［1］ 趙斌，趙磊，王美霞.R410A和R407C熱力性質(zhì)簡(jiǎn)便計(jì)算［J］.節(jié)能，2005，24（11）：48?51.（ZHAO Bin，ZHAO Lei，WANG Meixia.The simple calculation of the thermophysical properties of R410A and R407C［J］.Ener?gy Conservation，2005，24（11）：48?51.）

［2］ 沈宇綱，黃冬平.R410A和R407C熱力性質(zhì)簡(jiǎn)化計(jì)算［J］.上海交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2001，45（5）：737?740.（SHEN Yugang，HUANG Dongping.The simple calculation of the thermophysical properties of R410A and R407C［J］. Journal of Shanghai Jiaotong University，2001，45（5）：737?740.）.

［3］ 富永正一，高木石.HFC制冷劑用PVE潤(rùn)滑油的應(yīng)用穩(wěn)定性［J］.制冷學(xué)報(bào)，2003，24（2）：57?60.（SHOI?CHI Tominaga，MINORU Takagi.Practical stability per?formance of polyvinylether（PVE）with HFC［J］.Journal of Refrigeration，2003，24（2）：57?60.）

［4］ Takahashi H，Takikawa K，Okido T.Development of re?frigeration oil for Use with R32［C］／／International Refrige?ration and Air Conditioning Conference.West Lafayette，USA，2014：2351.

［5］ 魏文建，丁國(guó)良，胡海濤，等.R410A制冷劑和POE VG68潤(rùn)滑油混合物熱物性模型［J］.制冷學(xué)報(bào)，2007，28（1）：37?44.（WEI Wenjian，DING Guoliang，HU Hai?tao，et al.Models of thermodynamic and transport proper?ties of POE VG68 and R410AP／POE VG68 mixture［J］. Journal of Refrigeration，2007，28（1）：37?44.）

［6］ Matsumoto T，Kawaguchi Y.Development of PVE refrige?ration lubricants for R32［C］／／International Refrigeration and Air Conditioning Conference.West Lafayette，USA，2014：2673.

［7］ Tanaka M，Matssura K，Taira S.Selection of a refrigera?tion oil for the R32 refrigerant and evaluation of the com?pressor reliability［C］／／International Compressor Engineer?ing Conference.West Lafayette，USA，2014：1288.

［8］ Leon U，Arturo R，Benanti T L，et al.Solution properties of polyol ester lubricants designed for use with R?32 and re?lated Low?GWP refrigerant blends［C］／／International Com?pressor Engineering Conference.West Lafayette，USA，2014：1491.

［9］ 張春路，丁國(guó)良，李灝.制冷劑過(guò)熱氣體熱力性質(zhì)的隱式擬合方法［J］.工程熱物理學(xué)報(bào)，2000，20（5）：533?536.（ZHANG Chunlu，DING Guoliang，LI Hao.The Im?plicit fitting method for refrigerant thermodynamic proper?ties of superheated gases［J］.Journal of Engineering Ther?mophysics，2000，20（5）：533?536.）

［10］吳志剛，丁國(guó)良，芮銀波.制冷劑過(guò)熱區(qū)熱力性的快速計(jì)算II.典型工質(zhì)計(jì)算公式［J］.上海交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2006，50（8）：1385?1388.（WU Zhigang，DING Guo?liang，RUI Yinbo.The fast calculation of refrigerant ther?modynamic properties：II.formula for typical refrigerants ［J］.Journal of Shanghai Jiaotong University，2006，50 （8）：1385?1388.）

［11］Ro S T，Kim J Y，Kim D S.Thermal conductivity of R32 and its mixture with R134a［J］.International Journal Ther?mophysics，1995，16（5）：1193?1201.

［12］陳國(guó)邦，包銳，黃永華.低溫工程技術(shù)［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006.

［13］Lottin O，Guillemet P，Lebreton J M.Effects of synthetic oil in a compression refrigeration system using R410A.Part I：modeling of the whole system and analysis of its response to an increase in the amount of circulating oil［J］.Interna?tional Journal of Refrigeration，2003，26（1）：772?782.

［14］Conde M R.Estimation of thermophysical properties of lu?bricant oils and their solutions with refrigerants：an apprais?al of existing methods［J］.Applied Thermal Engineering，1996，16（1）：51?61.

［15］Mermond Y，F(xiàn)eidt M，Marvillet C.Thermodynamic and physical properties of mixtures of refrigerants and oils［J］. International Journal of Refrigeration，1999，22（3）：569?579.

［16］Kedzierski M A.The Effect of lubricant concentration，mis?cibility，and viscosity on R134a pool boiling［J］.Interna?tional Journal of Refrigeration，2001，24（4）：348?366.

［17］Thome J R.Comprehensive thermodynamic approach to modeling refrigerant?lubricating oil mixtures［J］.HVAC＆R Research，1995，1（2）：110?125.

［18］Liley P E，Gambill W R.Physical and chemical data ［M］／／5th ed.New York：Mc Graw?Hill，1973：226?250.

Physical Property Models of R32 and POE and PVE Oil

Shi Hongyan Wu Jianhua

（School of Energy and Power Engineering，Xi′an Jiaotong University，Xi′an，710049，China）

Accurate calculation of refrigerant and oil properties is the foundation to numerical optimization of compressor.The physical properties calculation models of R32 saturation liquid，saturation gas，superheated gas and lubricating oil POE and PVE in the common range are developed based on explicit fitting of the given data.The properties of refrigerant and oil are then analyzed comparatively.These simple and reliable models can lead to shorter simulation time and higher accuracy.The maximum deviations of the predicted values of these models to experiment data are within 5%.These models can be supplied to calculate the mixture physical properties of R32＆POE and R32＆PVE.

R32；POE oil；PVE oil；physical property；model

TB64；TE666

A

0253－4339（2017）01－0013－10

10.3969／j.issn.0253－4339.2017.01.013

2016年1月24日

吳建華，男，副教授，西安交通大學(xué)壓縮機(jī)研究所，（029）82663786，E?mail：jhwu＠m(xù)ail.xjtu.edu.cn。研究方向：小型制冷空調(diào)壓縮機(jī)及其系統(tǒng)的環(huán)保、節(jié)能與可靠性。

About the correspording author

Wu Jianhua，male，associate professor，Institute of Compressor，Xi′an Jiaotong University，＋86 29?82663786，E?mail：jhwu＠m(xù)ail.xjtu.edu.cn.Research fields：small refrigeration and air conditioning compressor；environmental protection，energy saving and reliability research for small refrigeration system.