Βελτιστοποίηση της καταστατικής εξίσωσης των Wilsak-Thodos για το Αργόν και η εφαρμογή της στα R-134a, R-143a και R-125

Abstract

Τα τελευταία χρόνια παρουσιάζεται μεγάλο ενδιαφέρον για την περιγραφή των θερμοδυναμικών ιδιοτήτων των ψυκτικών μέσων, ιδίως αυτών που θεωρούνται φιλικά προς το περιβάλλον. Σαν αποτέλεσμα αυτού του ενδιαφέροντος, έχει διατυπωθεί πλήθος καταστατικών εξισώσεων για τα μέσα αυτά, οι οποίες στις περισσότερες περιπτώσεις περιλαμβάνουν μεγάλο αριθμό παραμέτρων και βοηθητικών εξισώσεων. Μια εξίσωση η οποία έμεινε για πολλά χρόνια εκτός πεδίου επιστημονικού ενδιαφέροντος, η εξίσωση που προτάθηκε από τους R. A. Wilsak και George Thodos το 1985, παρουσιάζει ορισμένα πολύ ελκυστικά χαρακτηριστικά που την καθιστούν υποψήφια για άμεσους και ικανοποιητικά ακριβείς υπολογισμούς των θερμοδυναμικών ιδιοτήτων διαφόρων ουσιών.

Η εξίσωση των Wilsak-Thodos είναι μια καθαρά εμπειρική καταστατική εξίσωση για το Αργόν. Η δομή της είναι πολύ απλή, καθώς συσχετίζει τις θερμοδυναμικές ιδιότητες με τις τιμές τους στον κορεσμό, ενώ τα αποτελέσματα της είναι αξιοσημείωτα ακριβή, σε σχέση με την απλότητα της. Επιπλέον, όπως πρότειναν και διερεύνησαν σε πρωταρχικό στάδιο οι ίδιοι οι συγγραφείς, η συγκεκριμένη εξίσωση επιδέχεται γενίκευσης σε άλλα μέσα πέραν του Αργού.

Στη βάση των παρατηρήσεων αυτών, στην παρούσα διπλωματική εργασία επιχειρείται η τροποποίηση της εξίσωσης των Wilsak-Thodos για τη βέλτιστη προσέγγιση των πειραματικών δεδομένων και την επέκταση τής εφαρμογής της σε τρία από τα πιο διαδεδομένα ψυκτικά μέσα, το R-134a, το R-143a και το R-125. Οι προκύπτουσες εξισώσεις διεκδικούν πρακτική αξία, καθώς επιτρέπουν τον υπολογισμό των θερμοφυσικών ιδιοτήτων των μελετώμενων ουσιών με ικανοποιητική ακρίβεια στο σύνηθες εύρος χρήσης τους, παρακάμπτοντας τις συνθετότερες πολυπαραμετρικές εξισώσεις.

In recent years different equations of state for environmentally friendly refrigerants were developed from different sources of experimental data which, in many cases, use a very large number of auxiliary functions and coefficients. A rather interesting equation that has not been recollected lately, proposed by R. A. Wilsak and George Thodos for Argon in 1985, appears to have a convenient form for effective and significantly accurate calculations of the thermophysical properties of substances.

Wilsak-Thodos equation of state presents a relatively simple form as it correlates experimental data with the corresponding ones at saturation and contains only three density dependent functions. For this reason, this study attempts to modify the equation approximating accurately the experimental data and attributing in an integrated manner with auxiliary equations for three of the most common environmental friendly refrigerants, HFC-134a, HFC-143a and HFC-125.

The resulting equations should be useful as they provide a concise summary of a large mass of data and facilitate thermodynamic calculations, avoiding the extreme complexity of the most accurate, contemporary multiparameter equations of state.