Θερμοδυναμική ανάλυση του τριμερούς μίγματος R152a/R125/R32 με την καταστατική εξίσωση Peng-Robinson

Abstract

Σε αυτή τη διπλωματική εργασία δοκιμάστηκε το μοντέλο καταστατικής εξίσωσης Peng-Robinson για τα υπέρθερμα αέρια μίγματα R407b και R152a / R125 / R32 με κατά μάζα σύσταση 48 / 18 / 34. Το δεύτερο είναι ένα νέο μίγμα με πολύ μικρή επίδραση στο περιβάλλον σε σχέση με τα σημερινά ψυκτικά μέσα και από πρόσφατες μελέτες φαίνεται ικανό να αντικαταστήσει το R22. Με σκοπό τον προσδιορισμό των θερμοφυσικών ιδιοτήτων του νέου αερίου στην περιοχή λειτουργίας δημιουργήθηκε υπολογιστικός κώδικας στη γλώσσα προγραμματισμού java. Επιλέχθηκε να μελετηθούν η πίεση, η εντροπία, η ενθαλπία, η ειδική θερμοχωρητικότητα υπό σταθερό όγκο, η ειδική θερμοχωρητικότητα υπό σταθερή πίεση, ο λόγος ειδικών θερμοχωρητικοτήτων, οι ισεντροπικοί συντελεστές, ο συντελεστής συμπιεστότητας και η ταχύτητα ήχου. Το εύρος θερμοκρασίας ορίστηκε 240,15 Κ - 481,05 Κ και το εύρος όγκου 0,006 m3/kg – 0,6 m3/kg. Για κάθε μέγεθος εκπονήθηκε διάγραμμα συναρτήσει της θερμοκρασίας και της πίεσης. Στη συνέχεια πραγματοποιήθηκε συγκριτική ανάλυση των αποτελεσμάτων με στοιχεία που αντλήθηκαν από το πρόγραμμα REFPROP της NIST και υπολογίστηκαν τα σχετικά σφάλματα. Για τον εύκολο προσδιορισμό των σφαλμάτων δημιουργήθηκαν τα αντίστοιχα διαγράμματα των ιδιοτήτων που παρουσιάζουν μεγάλες αποκλίσεις. Η εργασία καταλήγει με το συμπέρασμα ότι το μοντέλο της Peng-Robinson περιγράφει ικανοποιητικά όλα τα υπό εξέταση μεγέθη εκτός από τις ειδικές θερμοχωρητικότητες υπό σταθερό όγκο και σταθερή πίεση. Γι’ αυτές τις δύο μεταβλητές εμφανίζονται υψηλές αποκλίσεις για μεγάλη περιοχή θερμοκρασιών και όγκων, οι οποίες καθιστούν ακατάλληλη τη χρήση του μοντέλου αυτού.

This thesis applies the Peng-Robinson equation of state (EoS) for the superheated gas mixture R407b and R152a / R125 / R32 with a mass ratio 48 / 18 / 34. The last mentioned gas is a new blend with little impact on the environment in comparison to current refrigerants and from recent studies it seems to have an ideal potential to be a drop-in replacement of R22. With the aim to investigate the thermophysical characteristics of this new mixture in the operating region, a computer code has been developed with the java programming language. The selected properties were pressure, entropy, enthalpy, specific heat capacity at constant volume, specific heat capacity at constant pressure, ratio of specific heat capacities, compressibility factor and speed of sound. The range of temperature was set from 240,15 Κ to 481,05 Κ and the range of volume from 0,006 m3/kg to 0,6 m3/kg. The diagrams of every variable were produced as a function of temperature and pressure. Afterwards, a comparative analysis was performed using the REFPROP program of NIST to estimate the relative errors of the calculations. For the easy determination of the errors the corresponding diagrams of the properties with high deviations were created and presented. Finally, this work concludes that the Peng-Robinson EoS simulates with adequacy the performance of all characteristics studied except for the specific heat capacities. For these two variables high deviations were measured in a large range of temperature and volume, which indicates that this type of equation of state is unsuitable.