Авторы

Метод моделирования линии фазового равновесия R-245fa

DOI: 10.17586/1606-4313-2021-20-3-65-74
УДК 536.71

Метод моделирования линии фазового равновесия R-245fa

Рыков С. В., Кудрявцева И. В., Попов П. В., Нурышева М. .

Ссылка для цитирования: Рыков С.В., И.В. Кудрявцева, Попов П.В., Нурышева М. Метод моделирования линии фазового равновесия R-245fa // Вестник Международной академии холода. 2021. № 3. С. 65-74. DOI: 10.17586/1606-4313-2021-20-3-65-74

Аннотация
Выполнен критический анализ имеющейся информации о плотности и давлении p_s хладагента R-245fa на линии фазового равновесия (ЛФР) и предложена математическая модель ЛФР, передающая данную информацию в пределах ее неопределенности. Модель ЛФР разработана в рамках уравнений Клапейрона и Менделеева–Клапейрона, модели [2β, 1 – α] среднего диаметра f_d: , где α и β – критические индексы; τ = T/T_c – 1, и уравнения «кажущейся» теплоты парообразования, разработанного в рамках масштабной теории. Показано, что в диапазоне температур от T_t = 171,05 К до критической температуры T_c = 427,01 К предложенная модель ЛФЗ передает данные о и p_s R-245fa в пределах их экспериментальной неопределенности, приводятся значения RSM (Root-meansquaredeviation), которые для наиболее надежных данных составили: Feng et al. (2010), RSM(p_s) = 0,063%; Wangetal. (2004), RSM(p_s) = 0,021%; Семенюк Ю.В. и др. (2006), RSM(p+) = 0,087%. Показано, что совместное использование параметра , уравнения Менделеева–Клапейрона и уравнения Клапейрона позволяет существенно повысить надежность полученной расчетной информации о плотности ρ– в окрестности тройной точки.

Ключевые слова: R-245fa, линия фазового равновесия, уравнение Клапейрона–Клаузиуса, теплота парообразования, гидрофторуглероды, техногенная безопасность.

Список литературы

1. Akasaka R., Zhou Y., Lemmon E.W. A Fundamental Equation of State for 1,1,1,3,3-Pentafluoropropane (R-245fa) // J. Chem. Eng. Data. 2015. V. 44, No 1. P. 013104 (1-11).

2. Sotani T., Kubota H. Vapor pressures and PVT properties of 1,1,1,3,3-pentafluoropropane (HFC-245fa) // Fluid Phase Equilib. 1999. V. 161, No 2. P. 325-335.

3. Feng X., Xu X., Lin H., Duan Y. Vapor pressures of 1,1,1,2,3,3,3-heptafluoropropane, 1,1,1,3,3,3-hexafluoropropane and 1,1,1,3,3-pentafluoropropane // Fluid Phase Equilib. 2010. V. 290, No 1-2. P. 127-136.

4. Pan J., Wu J., Liu Z. Vapor Pressure of Dimethoxymethane and 1,1,1,3,3-Pentafluoropropane // J. Chem. Eng. Data. 2006. V. 51, No 1. P. 186-189.

5. Bobbo S., Fedele L., Scattolini M., Camporese R. Isothermal VLE measurements for the binary mixtures HFC-134a + HFC-245fa and HC-600a + HFC-245fa // Fluid Phase Equilib. 2001. V. 185, No 1-2. P. 255-264.

6. Di Nicola G. Vapor Pressure and Gas Phase P-V-T Data for 1,1,1,3,3-Pentafluoropropane (R-245fa) // J. Chem. Eng. Data. 2001. V. 46, No 6. P. 1619-1622.

7. Wang Z.W., Duan Y.Y. Vapor Pressures of 1,1,1,3,3-Pentafluoropropane (HFC-245fa) and 1,1,1,2,3,3,3-Heptafluoropropane (HFC-227ea) // J. Chem. Eng. Data. 2004. V. 49, No 6. P. 1581-1585.

8. Zhang W., Yang Z.Q., Lu Jing, Lu Jian. Vapor Pressures of 2-Chloro-3,3,3-trifluoropropene (HCFO-1233xf) // J. Chem. Eng. Data. 2013. V. 58, No 8. P. 2307-2310.

9. Grebenkov A.J., Beliayeva O.V., Klepatski P.M., Saplitsa V.V., Timofeyev B.D., Tsurbelev V.P., Zayats T.A. Thermophysical properties of R245fa, ASHRAE Research Project 1256-RP (Minsk, Belarus:Joint Institute for Power and Nuclear Research, Sosny) 2004. P. 1-104.

10. Семенюк Ю.В., Анчербак С.Н., Железный В.П., Гребеньков А.Ж., Беляева О.В. Исследование давления насыщенных паров, плотности, поверхностного натяжения и критических параметров хладагента R245fa // Вестник Международной академии холода. 2006. №4. С. 20-27.

11. Zhelezny V.P., Semenyuk Yu.V., Ancherbak S.N., Grebenkov A.J., Beliayeva O.V. An experimental investigation and modelling of the solubility, density and surface tension of 1,1,1,3,3-pentafluoropropane (R-245fa)/synthetic polyolester compressor oil solutions // J. Fluorine Chem. 2007. V. 128, No9. P. 1029-1038.

12. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Статистическая физика. М.: Наука. 1976. 296 с.

13. Ма Ш. Современная теория критических явлений. М.: Мир. 1980. 298 с.

14. Fisher M.E., Orkoulas G. The Yang-Yang. Anomaly in Fluid Criticality: Experiment and Scaling Theory // Phys. Rev. Lett. 2000. V. 85. P. 696-699.

15. Cerdeirina C., Anisimov M., Sengers J. The nature of singular coexistence-curve diameters of liquid-liquid phase equilibria // Chem. Phys. Lett. 2006. V. 424, No 4-6. Р. 414-419.

16. Wang L., Zhao W., Wu L., Li L., Cai J. Improved renormalization group theory for critical asymmetry of fluids // J. Chem. Phys. 2013. V. 139, No 12. P. 124103.

17. Rykov S.V., Kudryavtseva I.V., Sverdlov A.V., Rykov V.A. Calculation method of R1234yf phase equilibrium curve within temperature range from 122.6 K to 367.85 K // AIP Conference Proceedings. 2020. V. 2285. P. 030070.

18. Рыков В.А. Анализ закономерностей изменения термодинамических свойств веществ в широком диапазоне параметров состояния, включая окрестность критической точки и метастабильную область // Дис. на соискание уч. ст. канд. техн. наук. Л.: ЛТИХП, 1988. 275 с.

19. Rykov S.V., Kudryavtseva I.V., Rykov V.A., Ustyuzhanin E.E., Ochkov V.F. Analysis of the saturation line on the basis of Clapeyron-Clausius and Gibbs-Duhem equations // J. Phys.: Conf. Ser. 2019. V. 1147. P. 012017.

20. Kudryavtseva I.V., Rykov V.A., Rykov S.V., Ustyuzhanin E.E. A model system of the liquid density, the gas density and the pressure on the saturation line of SF₆ // J. Phys.: Conf. Ser. 2019. V. 1385. P. 012010.

21. Ustyuzhanin E.E., Ochkov V.F., Shishakov V.V., Rykov A.V. Extrapolation of IAPWS-IF97 data: The saturation pressure of H₂O in the critical region // J. Phys.: Conf. Ser. 2015. V. 653. P. 012109.

22. Kozlov A.D., Lysenkov V.F., Popov P.V., Rykov V.A. Unique nonanalytic equation of state of the refrigerant R218 // J. Eng. Phys. Thermophys. 1992. V. 62. P. 611-617.

23. Форсайт Дж., Малькольм Н., Моулер К. Машинные методы математических вычислений. М.: Мир. 1980. 280 с.

24. Liu C., Liu G., Qin Y., Zhuang Y. Analysis of a combined proton exchange membrane fuel cell and organic Rankine cycle system for waste heat recovery // Int. J. Green Energy. 2021. V. 18, No 3. P. 271-281.

25. Di Nicola G., Brandoni C., Di Nicola C., Giuliani G. Triple point measurements for alternative refrigerants // J. Therm. Anal. Calorim. 2012. V. 108, No2. P. 627-631.

26. Рыков С.В., Кудрявцева И.В., Рыков В.А., Свердлов А.В., Нурышева М. Анализ различных моделей среднего диаметра линии фазового равновесия R236ea // Вестник Международной академии холода. 2019. № 3. С. 87-93. DOI: 10.17586/1606-4313-2019-18-3-87-93

27. Arutyunov B.A., Rytova E.V., Raeva V.M., Frolkova A.K. Methods for calculating the evaporation heats of hydrocarbons and their mixtures in a wide temperature range // Theor. Found. Chem. Eng. 2017. V. 51, No5. P. 742-751.

28. Арутюнов Б.А., Рытова Е.В., Калымбет Г.П. О взаимосвязи разностей различных свойств фреонов на линиях насыщения при фазовом переходе жидкость-пар // Тонкие химические технологии. 2018. vol. 13. No 1. p. 33-44.

29. Reif-Acherman S.The history of the rectilinear diameter law // Quim. Nova. 2010.Vol. 33, No. 9, 2003-2010.

30. Garrabos Y., Lecoutre C., Marre S., Beysens D., Hahn I. Liquid-vapor rectilinear diameter revisited // Phys. Rev. E. 2018. V. 97. P. 020101(R).

31. Vorobev V.S., Ochkov V.F., Rykov V.A., Rykov S.V., Ustyuzhanin E.E., Pokholchenko V.A. Development of combined scaling models for liquid and gas densities at the saturation line: Structures and numerical data for SF₆ // J. Phys.: Conf. Ser. 2019. V. 1147. P. 012016.

32. Ustyuzhanin E.E., Ochkov V.F., Rykov V.A., Rykov S.V. Investigation of the gas density, the liquid density and the gravitational effect in the critical region of C₆F₆ // J. Phys.: Conf. Ser. 2020. V. 1556. P. 012057.

33. Vorob’ev V.S., Ustyuzhanin E.E., Ochkov V.F., Shishakov V.V., Aung Tu Ra Tun, Rykov V.A., Rykov S.V. Study of the Phase Boundary for C₆F₆ and SF₆ under Microgravity // High Temp. 2020. V. 58, No. 3. P. 333-341.

34. Rykov V.A. Description of the critical point wide vicinity using the scale function of free-energy // Russ. J. Phys. Chem. A. 1985. V. 59, No9. P. 2349-2350.

35. Рыков С.В. Фундаментальное уравнение состояния, учитывающее асимметрию жидкости // Научно-технический вестник Поволжья. 2014. № 1. С. 33-36.

35. Рыков С.В., Кудрявцева И.В. Метод расчета асимметричных составляющих свободной энергии в физических переменных // Вестник Международной академии холода. 2009. № 1. С. 43-45.

37. Рыков А.В., Кудрявцева И.В., Рыков В.А. Асимметричное масштабное уравнение состояния хладона R23 // Вестник Международной академии холода. 2012. № 4. С. 26-28.

38. Колобаев В.А., Рыков С.В., Кудрявцева И.В., Устюжанин Е.Е., Попов П.В., Рыков В.А., Свердлов А.В., Козлов А.Д. Методика построения уравнения состояния и термодинамических таблиц для хладагента нового поколения // Измерительная техника. 2021. № 2. С. 9-15.

39. Рыков С.В., Кудрявцева И.В., Демина Л.Ю. Единое уравнение состояния R717, учитывающее особенности критической области // Вестник Международной академии холода. 2009. №4. С. 29-32.

Читать статью полностью