CC BY
52
УДК 532.133:536.71
РАВНОВЕСИЕ ЖИДКОСТЬ — ПАР И ВЯЗКОСТЬ СМЕСИ СМАЗОЧНОГО МАСЛА ISO 170
С ХЛАДОНОМ R407C
Н.И.Лапардин, В.З.Геллер
LIQUID-VAPOR EQUILIBRIUM AND VISCOSITY OF THE BLEND OF SYNTHETIC LUBRICATING OIL ISO 170 WITH THE REFRIGERANT R407C
N.I.Lapardin, V.Z.Geller
Одесская национальная академия пищевых технологий, Украина, lapardina2004@mail.ru
Равновесие жидкость-пар и вязкость смеси синтетического смазочного масла ISO 170 с хладоном R407C были измерены в области температур 233...373 K и массовой концентрации масла от 0,3 до 0,9 при давлениях от 0,05 до 5,8 Mna. Составлены аппроксимационные уравнения, описывающие зависимость вязкости и давления кипения от температур и состава смеси. Ключевые слова: давление, температура, вязкость, масло, хладон, смеси
Liquid-vapor equilibrium and viscosity of the mixture of the synthetic lubricant ISO 170 with the refrigerant R407C have been measured over a temperature range 233.373 K, a range of oil mass fractions from 0,3 to 0,9 and a pressure range from 0,05 to 5,8 MPa. Approximation equations provided description of viscosity and vapor pressure are proposed.
Keywords: pressure, temperature, viscosity, lubricant, refrigerant, mixture
Термодинамические и переносные свойства сме- нии холодильных компрессоров. Хладон R407C отно-сей смазочнык масел с чистыми и многокомпонентны!- сится к группе гидрофторуглеродов и является озонобе-ми хладагентами чрезвыиайно важны при проектирова- зопасныш хладагентом. Он представляет собой трех-
компонентную зеотропную смесь Я32/Я125/Я134а с массовой концентрацией 23/25/52%. К достоинству этого хладона можно отнести возможность эксплуатации холодильных установок без существенных изменений их элементов. Использовать Я407С рекомендуется в низко- и среднетемпературном торговом холодильном оборудовании с негерметичными и полугерметичными поршневыми компрессорами, а также для охлаждения или кондиционирования воздуха на транспорте. Новые синтетические смазочные масла должны растворяться в альтернативных хладагентах. Полиолэфирные смазочные масла соответствуют этим требованиям и могут быть использованы в указаных типах выпускаемых компрессоров. Настоящая работа является продолжением проведенных нами ранее исследований [1-6] хладагентов серии Я400 и их смесей с маслами и посвящена измерениям вязкости и равновесия жидкость — пар смеси полиолэфирного смазочного масла КО 170 с хла-доном Я407С.
Экспериментальные измерения и результаты
Данные о фазовом равновесии жидкость — пар смеси были получены с помощью ячейки постоянного объема. Система термостатирования поддерживала постоянную температуру, измерение которой проводилось образцовым платиновым термометром сопротивления. Давление в ячейке измерялось с помощью присоединенного к ней цифрового преобразователя давления. Ячейка заправлялась определенным количеством масла и хладагента, а валовая концентрация смеси находилась по массе компонентов. Паровое пространство при заправке ячейки сводилось к минимуму. Масса паров хладагента, находившегося в верхней части ячейки, рассчитывалась с помощью программы REFPROP [7] по уравнению состояния Я407С.
Исследование вязкости смеси проводилось методом капилляра. Диаметр измерительного капилляра вискозиметра выбирался в соответствии с диапазоном исследуемых параметров. Погрешность экспериментальных данных о вязкости смеси составила ±2%. Под-
робное описание методики проведения опытов и схем экспериментальных установок для измерения равновесия жидкость-пар и вязкости приводится в более ранних работах [8,9]. Данные о давлении кипения исследуемой смеси получены в области температур от 233 до 373К и массовой доли масла от 0,3 до 0,9. Измерения вязкости проведены в диапазоне массовой концентрации масла от 30% до 90% и температурном интервале 233 ... 373 К при давлениях до 6 МПа. Результаты экспериментальных исследований давления кипения и вязкости смеси смазочного масла КО 170 с хладоном R407С при различных значениях температуры Т и массовой доли масла х представлены в табл. 1 и 2.
Таблица 1
Давления кипения смеси
Т, к Р, МПа
х = 0,299 х = 0,496 х = 0,697 х = 0,804 х = 0,902
233,15 0,101 0,079 0,045
253,15 0,266 0,227 0,178 0,101
273,15 0,556 0,534 0,448 0,351 0,199
293,15 1,012 0,964 0,798 0,624 0,352
313,15 1,700 1,609 1,308 1,022 0,576
333,15 2,682 2,523 2,017 1,575 0,884
353,15 4,034 3,772 2,988 2,309 1,292
373,15 5,789 5,382 4,201 3,228 1,799
Таблица 2 Коэффициент кинематической вязкости
Т, к V, 10-6 м2/с
х = 0,302 х = 0,498 х = 0,703 х = 0,802 х = 0,900
233,15 2361 17101
253,15 20,0 297 1379 7238
273,15 1,41 8,53 73,8 240 867
293,15 0,948 4,33 25,3 66,4 187
313,15 0,687 2,62 12,0 27,2 64,0
333,15 0,518 1,79 6,99 14,3 30,3
353,15 0,388 1,19 4,25 8,07 15,9
373,15 0,293 0,861 2,67 4,89 8,97
0,25
0,35
0,45
0,55 0,65 0,75
Массовая доля масла х
0,85
Рис.1. Давления кипения смеси масла ^О 170 и хладона R407С
В качестве графической иллюстрации на диаграмме давление кипения — состав (рис.1) представлены полученные данные о фазовом равновесии жидкость — пар. Зависимость вязкости смеси смазочного масла и хладона от температуры, давления и
состава показана на рис.2. Отметим, что для отображения изобар на диаграмме вязкость — температура использованы результаты обработки полученных нами экспериментальных значений давления кипения смеси.
1000
1 —Р = 0,2 МПа
2 -Р = 0.5 МПа
3 -Р = 1,0 МПа
4 -Р = 1,5 МПа
5 -Р = 2,0 МПа
6 -Р = 2,5 МПа
7 -Р = 3,0 МПа
8 -Р = 4,0 МПа
230 270 310 Температура Г, К
Рис.2. Вязкость смеси масла ^О 170 и хладона R407С
Таблица 3
Коэффициенты уравнений (1) и (2) для смеси смазочного масла КО 170 и хладона R407С
Ззначения коэффициентов аіі и сіі
а0І ац ау ау с0і с1 с2і с3і
0,3404 1,1373 1,7517 1,1534 -0,7501 -0,3895 0,0129 -0,0287
1,1133 3,3069 3,0019 0,8230 2,3980 -1,0469 1,7822 -1,1167
-1,3942 -4,2535 -4,5675 -2,0039 1,8771 -3,2081 2,1627 -0,4465
н
О
8
6
4
2
0
-2
-4
-6
А ▲
■ к. к А А
■ ■ ■ ■
■ ■
♦ А • * • 8
ж ж
Ж ж * аж Л Л
Ох = 0,299 ■ х = 0,496 ♦ х = 0,697 ж х = 0,804 Ах = 0,902
230 250 270 290 310 330 350 Температура Т, К
Рис.3. Отклонения расчетных значений давления кипения от эксперимента
о4
£
ю
Я
о
Я
О
ч
и
н
О
8
6
4
2
0
-2
-4
-6
9
+ о 1*1
О А ♦ о А—
□ 9 Ї т т
+ т о б О Д ш
А
д
♦ х = 0,302 Дх = 0,498 Ох = 0,703 + х = 0,802 их = 0,900
230 250 270 290 310 330 350 Температура Т, К
Рис.4. Отклонения расчетных значений вязкости от эксперимента
Приведенные ниже аппроксимационные уравнения (1) и (2) получены при обработке наших экспериментальных данных, а в табл.3 представлены численные значения коэффициентов ау и Су.
3 2
р=II av ^/1°°)г • xj, (1)
i=0 j=0 32
log V = II <V •(t/ 10°) • xj, (2)
i=0 j=0
где P----давление кипения в МПа; t-----температура
в °C; x----массовая доля масла; v------коэффициент
кинематической вязкости, 10-6 м2/с.
Отклонения рассчитанных по уравнению (1) и (2) значений давления кипения и вязкости исследуемой смеси от экспериментальных значений приведены на рис.3 и рис.4.
Выводы
Данные по давлению кипения смеси смазочного масла ISO 17° с хладоном R407C уравнение (1) описывает со среднеквадратичным отклонением 3,6%, а максимальное отклонение составило 7,6% при самой низкой температуре опыта и наибольшей массовой доле масла. Зависимость вязкости от температуры и концентрации исследуемой смеси была аппроксимирована уравнением (2) со среднеквадратичной погрешностью 4% при максимальной погрешности +8,3%.
1. Bолчок B.A., Геллер B.3., Лапардин H.R Термодинамические свойства хладонов серии R400 // Обладнання та
технології харчових виробництв: Тематичний збірник наукових праць. Донецьк: ДонHУЕТ, 2008. Bип.19. С.9-І4.
2. Лапардин H.R, Геллер B.3. Термодинамические и переносные свойства смеси R410B со смазочным маслом // Пищевая наука и технология. 2009. №4 (9). С.78-8І.
3. Геллер B.3., Лапардин H.R Свойства смеси хладагента
R407С со смазочным маслом CPI EXP 32 // Тематичний
збірник наукових праць. Донецьк: ДонHУЕТ, 20І0. Bип. 24. С.І65-І70.
4. Лапардин H.R, Геллер B.3. Давление кипения и вязкость растворов смазочных масел ISO І5 и ISO 220 в хладоне R407С // Сб. тр. конф. «Современные методы и средства исследований теплофизических свойств веществ». СПб.: СПбГУHПТ, 20І0. С.455-460.
5. Лапардин H.R, Геллер B.3. Теплофизические свойства смеси смазочного масла ISO 68 и хладона R407С // Матеріали міжнародної науково-технічної конференції «Інновації в суднобудуванні та океанотехніці». Миколаїв: HУК. 20ІІ, С. 336-339.
6. Лапардин H.R, Геллер B.3., Bолчок B.A. Свойства сервисных хладагентов R409A и R409B // Тематичний збірник наукових праць. Донецьк: ДонHУЕТ. 20І2. Bип.29. Т.І. С.ІІ9-І26.
7. Lemmon E.W., Huber M.L., McLinden M.O. Reference Fluid Thermodynamic and Transport Properties-REFPROP, Version 9.0 - Gaithersburg: NIST, 2010. 163 p.
8. Bivens D.B., Yokozeki A., Geller V.Z., Paulaitis M.E. Transport properties and heat transfer of alternatives for R502 and R22 // Proc. of ASHRAE /NIST Refrigerants Conference. 1994. P.73-84.
9. Bivens D.B., Yokozeki A., Geller V.Z. Thermodynamic properties of R32/R125 mixture // Proc. of the 4th Asian Thermophysical Conference. 1993. P.73-84.
Bibliography (Transliterated)
1. Volchok V.A., Geller V.Z., Lapardin N.I. Termodinami-
cheskie svojstva hladonov serii R400 // Obladnannja ta tehnologu harchovih virobnictv: Tematichnij zMrnik
naukovih prac’. Donec’k: DonNUET, 2008. Vip.19. S.9-14.
2. Lapardin N.I., Geller V.Z. Termodinamicheskie i pere-
nosnye svojstva smesi R410V so smazochnym maslom //
Pishhevaja nauka i tehnologija. 2009. №4 (9). S.78-81.
3. Geller V.Z., Lapardin N.I. Svojstva smesi hladagenta R407S so smazochnym maslom CPI EXP 32 // Tematichnij zMrnik naukovih prac’. Donec’k: DonNUET, 20І0. Vip. 24. S.165-170.
4. Lapardin N.I., Geller V.Z. Davlenie kipenija i vjazkost’
rastvorov smazochnyh masel ISO 15 i ISO 220 v hladone
R407S // Sb. tr. konf. «Sovremennye metody i sredstva issledovanij teplofizicheskih svojstv veshhestv». SPb.: SPbGUNPT, 2010. S.455-460.
5. Lapardin N.I., Geller V.Z. Teplofizicheskie svojstva smesi smazochnogo masla ISO 68 i hladona R407S // Materiali mіzhnarodnoї naukovo-tehmchnoi' konferendi' «Innovacn v sudnobuduvanm ta okeanotehmd». Mikolai'v: NUK. 20ІІ, S. 336-339.
6. Lapardin N.I., Geller V.Z., Volchok V.A. Svojstva servisnyh hladagentov R409A i R409B // Tematichnij zMrnik naukovih prac’. Donec’k: DonNUET. 20І2. Vip.29. T.i.
S. І І9-І26.
7. Lemmon E.W., Huber M.L., McLinden M.O. Reference Fluid Thermodynamic and Transport Properties-REFPROP, Version 9.0 - Gaithersburg: NIST, 2010. 163 p.
8. Bivens D.B., Yokozeki A., Geller V.Z., Paulaitis M.E. Transport properties and heat transfer of alternatives for R502 and R22 // Proc. of ASHRAE /NIST Refrigerants Conference. 1994. P.73-84.
9. Bivens D.B., Yokozeki A., Geller V.Z. Thermodynamic properties of R32/R125 mixture // Proc. of the 4th Asian Thermophysical Conference. 1993. P.73-84.
