пар и вязкость смеси смазочного масла ISO 170

2013
ВЕСТНИК НОВГОРОДСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО УНИВЕРСИТЕТА
№73 Т.2
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 R407С 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 MПa. 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 MРa.
Approximation equations provided description of viscosity and vapor pressure are proposed.
Keywords: pressure, temperature, viscosity, lubricant, refrigerant, mixture
Термодинамические и переносные свойства смесей смазочных масел с чистыми и многокомпонентными хладагентами чрезвычайно важны при проектирова-
нии холодильных компрессоров. Хладон R407С относится к группе гидрофторуглеродов и является озонобезопасным хладагентом. Он представляет собой трех-
24
2013
ВЕСТНИК НОВГОРОДСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО УНИВЕРСИТЕТА
компонентную зеотропную смесь R32/R125/R134а с
массовой концентрацией 23/25/52%. К достоинству этого хладона можно отнести возможность эксплуатации
холодильных установок без существенных изменений
их элементов. Использовать R407С 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 R400 и их смесей с маслами и посвящена
измерениям вязкости и равновесия жидкость — пар
смеси полиолэфирного смазочного масла ISO 170 с хладоном R407С.
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 MПa. Результаты
экспериментальных исследований давления кипения и
вязкости смеси смазочного масла ISO 170 с хладоном
R407С при различных значениях температуры T и массовой доли масла х представлены в табл.1 и 2.
Таблица 1
Давления кипения смеси
T, K
233,15
253,15
273,15
293,15
313,15
333,15
353,15
373,15
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 R407С.
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%. Под6
Р, МПа
х = 0,299 х = 0,496 х = 0,697 х = 0,804 х = 0,902
0,101
0,079
0,045
0,266
0,227
0,178
0,101
0,556
0,534
0,448
0,351
0,199
1,012
0,964
0,798
0,624
0,352
1,700
1,609
1,308
1,022
0,576
2,682
2,523
2,017
1,575
0,884
4,034
3,772
2,988
2,309
1,292
5,789
5,382
4,201
3,228
1,799
Таблица 2
Коэффициент кинематической вязкости
T, K
233,15
253,15
273,15
293,15
313,15
333,15
353,15
373,15
ν, 10–6 м2/с
х = 0,302 х = 0,498 х = 0,703 х = 0,802 х = 0,900
2361
17101
20,0
297
1379
7238
1,41
8,53
73,8
240
867
0,948
4,33
25,3
66,4
187
0,687
2,62
12,0
27,2
64,0
0,518
1,79
6,99
14,3
30,3
0,388
1,19
4,25
8,07
15,9
0,293
0,861
2,67
4,89
8,97
T = 373,15K
Давление Р, МПа
5
4
3
2
1
T = 353,15K
T = 333,15K
T = 313,15K
T = 293,15K
T = 273,15K
T = 253,15
0
0,25
0,35
0,45
№73 Т.2
T = 233,15K
0,55
0,65
Массовая доля масла х
0,75
Рис.1. Давления кипения смеси масла ISO 170 и хладона R407С
25
0,85
2013
ВЕСТНИК НОВГОРОДСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО УНИВЕРСИТЕТА
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
№73 Т.2
состава показана на рис.2. Отметим, что для отображения изобар на диаграмме вязкость — температура использованы результаты обработки полученных нами экспериментальных значений давления
кипения смеси.
Рис.2. Вязкость смеси масла ISO 170 и хладона R407С
Таблица 3
Коэффициенты уравнений (1) и (2) для смеси смазочного масла ISO 170 и хладона R407С
a0j
0,3404
1,1133
–1,3942
a1j
1,1373
3,3069
–4,2535
Ззначения коэффициентов aij и сij
a2j
a3j
с0j
с1j
1,7517
1,1534
–0,7501
–0,3895
3,0019
0,8230
2,3980
–1,0469
–4,5675
–2,0039
1,8771
–3,2081
с2j
0,0129
1,7822
2,1627
с3j
–0,0287
–1,1167
–0,4465
8
Отклонения р, %
6
x = 0,299
x = 0,496
x = 0,697
x = 0,804
x = 0,902
4
2
0
–2
–4
–6
230
250
270
290
310
330
350
Температура
Т, К
370
Отклонения р, %
Рис.3. Отклонения расчетных значений давления кипения от эксперимента
8
6
4
2
0
–2
–4
–6
230
х = 0,302
х = 0,498
х = 0,703
х = 0,802
х = 0,900
250
270
290
310
330
350
Температура
370
Т, К
Рис.4. Отклонения расчетных значений вязкости от эксперимента
26
2013
ВЕСТНИК НОВГОРОДСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО УНИВЕРСИТЕТА
5.
Приведенные ниже аппроксимационные уравнения (1) и (2) получены при обработке наших экспериментальных данных, а в табл.3 представлены численные значения коэффициентов aij и cij.
3
P
6.
2

aij   t 100 i  x j ,
(1)
i 0 j 0
3
log  
2
 c
ij
  t 100 i  x j ,
7.
(2)
i 0 j 0
8.
где P —– давление кипения в MПa; t —– температура
в °C; x —– массовая доля масла;  —– 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.
9.
Выводы
Данные по давлению кипения смеси смазочного масла ISO 170 с хладоном R407С 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%.
2.
3.
4.
5.
2.
3.
4.
Лапардин Н.И., Геллер В.З. Теплофизические свойства
смеси смазочного масла ISO 68 и хладона R407С //
Матеріали міжнародної науково-технічної конференції
«Інновації в суднобудуванні та океанотехніці».
Миколаїв: НУК. 2011, С. 336-339.
Лапардин Н.И., Геллер В.З., Волчок В.А. Свойства сервисных хладагентов R409A и R409B // Тематичний
збірник наукових праць. Донецьк: ДонНУЕТ. 2012.
Вип.29. Т.1. С.119-126.
Lemmon E.W., Huber M.L., McLinden M.O. Reference
Fluid Thermodynamic and Transport Properties-REFPROP,
Version 9.0 – Gaithersburg: NIST, 2010. 163 p.
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.
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.
1.
№73 Т.2
Волчок В.А., Геллер В.З., Лапардин Н.И. Термодинамические свойства хладонов серии R400 // Обладнання та
технології харчових виробництв: Тематичний збірник
наукових праць. Донецьк: ДонНУЕТ, 2008. Вип.19. С.914.
Лапардин Н.И., Геллер В.З. Термодинамические и переносные свойства смеси R410В со смазочным маслом //
Пищевая наука и технология. 2009. №4 (9). С.78-81.
Геллер В.З., Лапардин Н.И. Свойства смеси хладагента
R407С со смазочным маслом CPI EXP 32 // Тематичний
збірник наукових праць. Донецьк: ДонНУЕТ, 2010. Вип.
24. С.165-170.
Лапардин Н.И., Геллер В.З. Давление кипения и вязкость
растворов смазочных масел ISO 15 и ISO 220 в хладоне
R407С // Сб. тр. конф. «Современные методы и средства
исследований теплофизических свойств веществ». СПб.:
СПбГУНПТ, 2010. С.455-460.
6.
7.
8.
9.
27
Volchok V.A., Geller V.Z., Lapardin N.I. Termodinamicheskie svojstva hladonov serii R400 // Obladnannja ta
tehnologії harchovih virobnictv: Tematichnij zbіrnik
naukovih prac'. Donec'k: DonNUET, 2008. Vip.19. S.9-14.
Lapardin N.I., Geller V.Z. Termodinamicheskie i perenosnye svojstva smesi R410V so smazochnym maslom //
Pishhevaja nauka i tehnologija. 2009. №4 (9). S.78-81.
Geller V.Z., Lapardin N.I. Svojstva smesi hladagenta R407S
so smazochnym maslom CPI EXP 32 // Tematichnij zbіrnik
naukovih prac'. Donec'k: DonNUET, 2010. Vip. 24. S.165170.
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.
Lapardin N.I., Geller V.Z. Teplofizicheskie svojstva smesi
smazochnogo masla ISO 68 i hladona R407S // Materіali
mіzhnarodnoї naukovo-tehnіchnoї konferencії «Іnnovacії v
sudnobuduvannі ta okeanotehnіcі». Mikolaїv: NUK. 2011, S.
336-339.
Lapardin N.I., Geller V.Z., Volchok V.A. Svojstva servisnyh
hladagentov R409A i R409B // Tematichnij zbіrnik
naukovih prac'. Donec'k: DonNUET. 2012. Vip.29. T.1.
S.119-126.
Lemmon E.W., Huber M.L., McLinden M.O. Reference
Fluid Thermodynamic and Transport Properties-REFPROP,
Version 9.0 – Gaithersburg: NIST, 2010. 163 p.
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.
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.