R1336mzz%28Z%29及其与多元醇酯类润滑油混合物表面张力实验测量.pdf

第5 7卷 第8期2 0 2 3年8月西 安 交 通 大 学 学 报J OUR NA LO FX IANJ I AO T ON GUN I V E R S I T YV o l.5 7 N o.8A u g.2 0 2 3.*R 1 3 3 6 m z z(Z)及其与多元醇酯类润滑油混合物表面张力实验测量豆文博,张钰婧,王晓坡(西安交通大学热流科学与工程教育部重点实验室,7 1 0 0 4 9,西安)摘要:为补充新型烯烃类环保制冷工质的表面张力实验数据,为其相变换热及两相流动计算提供可靠的基础物性数据,采用毛细管上升法测量了顺式-1,1,1,4,4,4-六氟-2-丁烯(R 1 3 3 6 m z z(Z)纯质及其与P O E润滑油(型号S L-3 2 S)组成的混合物的表面张力。所研究的润滑油质量分数分别为0.1 3 0%、0.5 3 6%、1.0 4 0%,测量的温度范围为2 4 33 6 3K,表面张力的测量标准不确定度小于0.1 6mNm-1。结果表明:润滑油含量越高,混合物表面张力越大;与纯质表面张力相比,随着温度升高,混合物表面张力增幅逐渐减小。采用经验方程对实验数据进行拟合,结果发现,R 1 3 3 6 m z z(Z)及R 1 3 3 6 m z z(Z)/S L-3 2 S混合物的表面张力计算值和实验数据的平均绝对偏差分别为0.0 7m Nm-1和0.1 4mNm-1。所得结论可为R 1 3 3 6 m z z(Z)应用于各类制冷/热泵系统提供基础的物性数据。关键词:制冷剂R 1 3 3 6 m z z(Z);表面张力;多元醇酯类润滑油中图分类号:T K 1 2 1 文献标志码:AD O I:1 0.7 6 5 2/x j t u x b 2 0 2 3 0 8 0 0 9 文章编号:0 2 5 3-9 8 7 X(2 0 2 3)0 8-0 0 8 6-0 6E x p e r i m e n t a lM e a s u r e m e n t o fS u r f a c eT e n s i o no fR 1 3 3 6 m z z(Z)a n dI t sM i x t u r e sw i t hP o l y o l e s t e rL u b r i c a n tD OU W e n b o,Z HANGY u j i n g,WANGX i a o p o(K e yL a b o r a t o r yo fT h e r m o-F l u i dS c i e n c ea n dE n g i n e e r i n go fMO E,X ia nJ i a o t o n gU n i v e r s i t y,X ia n7 1 0 0 4 9,C h i n a)A b s t r a c t:T oc o m p l e m e n tt h ee x p e r i m e n t a ld a t ao ft h es u r f a c et e n s i o no fn e we n v i r o n m e n t a l l y-f r i e n d l yo l e f i nr e f r i g e r a n t,a n d t op r o v i d e t h e r e l i a b l ed a t a f o r t h e c a l c u l a t i o no f p h a s e c h a n g eh e a tt r a n s f e ra n dt w o-p h a s ef l o w,t h es u r f a c et e n s i o no fc i s-1,1,1,4,4,4-h e x a f l u o r o-2-b u t e n e(R 1 3 3 6 m z z(Z)a n dt h em i x t u r e sw i t hP O El u b r i c a n t(t y p e:S L-3 2 S)w a sm e a s u r e du s i n gt h ed i f f e r e n t i a l c a p i l l a r yr i s em e t h o d.T h em a s sf r a c t i o n so ft h es t u d i e dl u b r i c a n tf o rt h e m i x t u r e sa r e0.1 3 0%,0.5 3 6%,a n d1.0 4 0%,r e s p e c t i v e l y.T h em e a s u r i n g t e m p e r a t u r ew a s f r o m2 4 3Kt o3 6 3K,a n dt h em e a s u r e m e n ts t a n d a r du n c e r t a i n t yf o rt h es u r f a c et e n s i o nw a sl e s st h a n0.1 6mNm-1.R e s u l t ss h o wt h a t t h es u r f a c e t e n s i o no f t h em i x t u r e s i n c r e a s e sw i t ht h e l u b r i c a n t c o n c e n t r a t i o n.M o r e o v e r,t h e s u r f a c e t e n s i o no f t h em i x t u r e s s h o w s a r e d u c e d i n c r e a s e a m p l i t u d e a s t h e t e m p e r a-t u r er i s e s,c o m p a r e dw i t ht h a to fp u r eR 1 3 3 6 m z z(Z).T h ee x p e r i m e n t a l s u r f a c e t e n s i o nw a sc o r-r e l a t e da s t h ee m p i r i c a l e x p r e s s i o n,a n d t h ea v e r a g ea b s o l u t ed e v i a t i o n sb e t w e e nt h ee x p e r i m e n t a ld a t aa n dt h ec a l c u l a t e dv a l u e sf o rt h ep u r eR 1 3 3 6 m z z(Z)a n dR 1 3 3 6 m z z(Z)/S L-3 2 S m i x t u r e sw e r e0.0 7mNm-1a n d0.1 4mNm-1,r e s p e c t i v e l y.T h eo b t a i n e dr e s u l t sc a np r o v i d et h ee s-*收稿日期:2 0 2 3-0 2-1 8。作者简介:豆文博(1 9 9 9),男,硕士生;王晓坡(通信作者),男,教授,博士生导师。基金项目:国家自然科学基金重点资助项目(5 1 9 3 6 0 0 9)。网络出版时间:2 0 2 3-0 3-1 5 网络出版地址:h t t p s:k n s.c n k i.n e t/k c m s/d e t a i l/6 1.1 0 6 9.T.2 0 2 3 0 3 1 4.4 4 4.0 0 5.h t m l 第8期豆文博,等:R 1 3 3 6 m z z(Z)及其与多元醇酯类润滑油混合物表面张力实验测量 h t t p:z k x b.x j t u.e d u.c n s e n t i a l s u r f a c e t e n s i o nd a t a f o r t h e f u r t h e r a p p l i c a t i o no fR 1 3 3 6 m z z(Z)t ov a r i o u s t y p e so f r e f r i g e-r a t i o n/h e a tp u m ps y s t e m s.K e y w o r d s:r e f r i g e r a n tR 1 3 3 6 m z z(Z);s u r f a c e t e n s i o n;p o l y o l e s t e r l u b r i c a n t 氢氯氟烃(HC F C)和氢氟烃(H F C)等工质在制冷领域的广泛使用给环境带来了诸多问题。为了环境保护的要求,国际社会签署了多项公约,HC F C或H F C类制冷工质正在被逐渐禁用或替代。近年来,氢氟烯烃(H F O s)类制冷工质因具有良好的环保和热力性能,被认为是一类理想的新型替代工质1。目前,被广泛研究的H F O类制冷工质包括R 1 2 3 4 y f、R 1 2 3 4 z e(E)、R 1 2 3 3 z d(E)、R 1 3 3 6 m z z(Z)等2。其中,R 1 3 3 6 m z z(Z)的臭氧消耗潜能值为0,全球变暖潜能值仅为2,不可燃,与常用的润滑油有良好的相容性3-4。研究表明,R 1 3 3 6 m z z(Z)可以作为热泵、有机朗肯循环等的替代工质5-7。众所周知,工质的热物理性质是其工程应用的前提。在制冷/热泵系统中,压缩机中的润滑油不可避免要与制冷剂接触,混入润滑油的制冷工质的热物理 性 质 会 发 生 明 显 变 化,进 而 影 响 系 统 的 性能8-9。因此,开展制冷工质/润滑油混合物的热物性研究对于系统的优化设计具有重要价值。目前,国内外研究 人 员 已 经 对R 1 3 3 6 m z z(Z)的 临 界 参数1 0-1 1、饱 和 蒸 气 压1 1-1 3、密 度1 2-1 4、声 速1 3、黏度1 4-1 5、热导率1 6-1 7等物性展开了深入的研究。关于R 1 3 3 6 m z z(Z)与润滑油的性质研究方面,仅有B r o c u s等报道了 其 与4种 不 同 型 号 多 元 醇 酯 类(P O E)润滑油的相平衡性质1 8。表面张力是流体的一个重要热物理性质,在制冷系统中工质的相变换热及两相流动的计算都需要用 到 表 面 张 力。文 献 调 研 显 示,制 冷 工 质R 1 3 3 6 m z z(Z)及其与润滑油混合物的表面张力还未见报道。因此,本文采用毛细管上升法测量了纯质R 1 3 3 6 m z z(Z)及其与P O E润滑油S L-3 2 S混合物的表面张力,温度测量范围为2 4 33 6 3K。所得结论可为R 1 3 3 6 m z z(Z)在实际制冷热泵等系统中的应用及优化设计提供基础的物性数据。1 实验系统R 1 3 3 6 m z z(Z)(C A S:6 9 2-4 9-9)由杜邦(科慕)公司提供,纯度(质量分数)为9 9.9 2%。S L-3 2 S(日本S u n i c e)是一种P O E合成冷冻油,具有良好的润滑性、化学稳定性、流动性等,与R 1 3 3 6 m z z(Z)具有良好的互溶性,被广泛用于各种冷冻、空调等机组中。因此,本文对润滑油S L-3 2 S与R 1 3 3 6 m z z(Z)组成的混合物的表面张力展开研究。表面张力采用毛细管上升法进行测量,实验系统如图1所示。毛细上升法测量表面张力的原理1 9-2 0如下:将两个不同内径的毛细管竖直立于液体中时,在毛细作用下液体在毛细管内液面上升。由于毛细管内径不同,液面上升高度也不同。通过测量液面在毛细管内的高度差h可以计算得到液体的表面张力=(l-g