氢氟烃类制冷剂液相定压比热容相似性规律及混合特性研究

批准号:
51906216
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
24.0 万元
负责人:
高能
依托单位:
学科分类:
E0601.工程热力学
结题年份:
2022
批准年份:
2019
项目状态:
已结题
项目参与者:
--
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中文摘要
液相定压比热容是一种关键基础热力学性质,对于下一代替代制冷剂的开发和研究具有重要意义。由于现有实验条件及理论方法的限制,目前对于具有低温室效应潜能的潜在替代制冷剂,尤其是氢氟烯烃及其混合物的液相定压比热容性质仍缺乏足够的认识。.本项目将从氢氟烃类制冷剂(包括氢氟烷烃及氢氟烯烃)所共同具有的剩余定压比热容相似性规律出发,结合量化构效关系分析、分子模拟计算及基于Helmholtz自由能的分子热物性模型对该相似性进行解释,揭示其分子尺度微观机理。在此基础上,利用统计力学对应态原理和神经网络方法构建适用于未知氢氟烃类纯质及混合制冷剂液相定压比热容的预测模型。采用准稳态量热法获取具有代表性的氢氟烃制冷剂实验数据,对预测模型及微观机理分析结果进行外部验证。最后,利用氢氟烃类混合制冷剂超额定压比热容的变化规律研究混合过程的非随机特性,并在热力学框架下,探索不同超额能量性质的统一建模方法。
英文摘要
Liquid isobaric heat capacity is a key fundamental thermodynamic property, which is essentially important in the development and research for next generation alternative refrigerants. Due to the limitation of available experimental and theoretical methods, little knowledge has been understood for the liquid heat capacity of low global warming potential refrigerants, especially the hydrofluoroolefins and their mixtures..Starting from the detected universal corresponding state similarity of reduced residual isobaric heat capacity among hydrofluorocarbon refrigerants (including both hydrofluoroalkanes and hydrofluoroolefins), this project attempts to reveal the microscopic mechanism for this attractive similarity by quantitative structure-property relationship analysis, molecular simulation and molecular models explicit in Helmholtz free energy. Based on the microscopic study, predictive models for the isobaric heat capacity of unknown refrigerants will be established by applying corresponding state principle in statistical mechanics and artificial neural network. Obtained new experimental heat capacity data from quasi-state calorimetric measurements will be used to confirm the reliability of the predictive models. Finally, excess heat capacity for mixed refrigerants will be analyzed to determine the non-random mixing characteristic and to explore the establishment of uniform model for different excess energy properties.
液相比定压热容是一种重要的基础热力学性质,但是现阶段对于低GWP替代制冷剂液相比定压热容性质的了解甚少,这在一定程度上会影响替代制冷剂的开发和研究。存在的问题基于两个方面:一方面是受实验样本和混合物多样性限制,难以详细获得潜在低GWP替代制冷剂的完整实验数据;另一方面是现有的理论计算方法难以准确预测未知制冷剂的液相比热容性质。与此同时,氢氟烃类制冷剂具有剩余比定压热容的对比态相似性。这种通用规律有望实现同类未知制冷剂的比热容预测,但其微观机理并不清晰,用于预测的实施方法和预测结果可靠性仍需要深入的研究及验证。因此,本项目开发了可以对未知纯质及混合制冷剂比定压热容进行可靠预测的计算模型,针对具有潜力的低温室效应HFO氢氟烯烃类工质进行了液相比定压热容的合理预测;从已知规律出发,深度探索了氢氟烃类制冷剂剩余比定压热容对应态相似性的微观机理;进一步地,对部分可获取且具有代表性的混合制冷剂进行了实验测量,并给出了预测模型推广至混合物的应用方法;最后,在以上研究基础上,陆续发现液相氢氟烃其他一阶、二阶偏导性质也存在类似的对应态相似性并获得了液相剩余熵、无量纲量热参数(DCP)和液相迁移性质粘度、热导率的统一宏观关联,构建了一种新的流体液相热物性标度率-量热标度率的雏形。本项目研究成果为液相热物性研究给出了新的启示,将氢氟烃液相比定压热容这一单一热力学性质的相似性拓展到了更全面的热物性范畴,这种由点到面的拓展,一方面显示有望构建完整的单类物质液相热物性统一预测体系,另一方面为复杂流体液相性质的理论机理研究提供了全新的突破口。项目研究成果在<Industrial & Engineering Chemistry Research>、<Internatioanl Journal of Refrigeration>等刊物上发表一作/通讯作者SCI收录论文12篇。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
Experimental Investigation of the Ejector Refrigeration Cycle for Cascade System Application
复叠系统应用喷射器制冷循环的实验研究
DOI:10.1007/s11630-020-1367-2
发表时间:2020-08
期刊:Journal of Thermal Science
影响因子:2.5
作者:郝新月;高能;陈光明
通讯作者:陈光明
Vapor Pressure Measurement of Ternary {KNO3 + [Emim]Cl + H2O}, {KNO3 + [Emim]Ac + H2O}, {KNO3 + [Emim]NO3 + H2O}, and {KNO3 + [Emim]Br + H2O} Systems
三元{KNO3 [Emim]Cl H2O}、{KNO3 [Emim]Ac H2O}、{KNO3 [Emim]NO3 H2O}和{KNO3 [Emim]Br H2O}系统的蒸气压测量
DOI:10.1007/s10765-022-03028-7
发表时间:2022-05
期刊:International Journal of Thermophysics
影响因子:2.2
作者:Yongping Wu;Chong Cheng;Luopeng Yu;Yaqi Ding;Neng Gao;Yongmei Xuan;Guangming Chen
通讯作者:Guangming Chen
Numerical investigation of the vortex tube performance in novel precooling methods in the hydrogen fueling station
加氢站新型预冷方法涡流管性能数值研究
DOI:10.1016/j.ijhydene.2020.11.070
发表时间:2021
期刊:INTERNATIONAL JOURNAL OF HYDROGEN ENERGY
影响因子:7.2
作者:Chen Jianye;Gao Xinxin;Shao Shuangquan;Hu Haitao;Xie Junlong;Li Nian;Gao Neng
通讯作者:Gao Neng
Evaluation on Excess Entropy Scaling Method Predicting Thermal Transport Properties of Liquid HFC/HFO Refrigerants
预测液体 HFC/HFO 制冷剂热传输特性的超熵标度法评价
DOI:10.1007/s11630-020-1383-2
发表时间:2020-11
期刊:Journal of Thermal Science
影响因子:2.5
作者:Wang Xuehui;Wright Edward;Gao Neng;Li Ying
通讯作者:Li Ying
Vapor-Pressure Measurement of Ternary System CaCl2 + [Emim]Br + H2O, CaCl2 + [Emim]Cl + H2O, CaCl2 + [Emim]Ac + H2O, and CaCl2 + [Emim]NO3 + H2O
三元体系 CaCl2 [Emim]Br H2O、CaCl2 [Emim]Cl H2O、CaCl2 [Emim]Ac H2O 和 CaCl2 [Emim]NO3 H2O 的蒸气压测量
DOI:10.1021/acs.jced.0c00829
发表时间:2020-11
期刊:JOURNAL OF CHEMICAL AND ENGINEERING DATA
影响因子:--
作者:Ding Yaqi;Gao Neng;Wu Yongping;Xuan Yongmei;Chen Guangming
通讯作者:Chen Guangming
氟代烃工质液相热物理性质的标度相似性规律及其机理研究
- 批准号:--
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:54万元
- 批准年份:2022
- 负责人:高能
- 依托单位:
国内基金
海外基金
