纳米冷冻机油对制冷剂饱和蒸气压的作用机理及实验关联

论文摘要

在蒸气压缩式制冷系统运行过程中,冷冻机油起着压缩机内部润滑和密封的作用,且与制冷剂一起循环。采用合适的纳米冷冻机油,有助于改善压缩机摩擦表面的润滑性能和含油制冷剂的传热性能,进而提高制冷装置的能效比和可靠性。含有纳米冷冻机油后,制冷剂的热物性（如饱和蒸气压）将发生变化,影响到制冷系统的性能。本文工作的主要目的是通过测试分析含有纳米冷冻机油后制冷剂的饱和压力的变化,探讨纳米冷冻机油对制冷剂饱和蒸气压的作用机理,对实验结果进行关联。完成的主要工作及获得的主要结论包括:1.纳米冷冻机油的配制与性质研究。配制出添加纳米NiFe2O4、富勒烯以及混合纳米粉体的纳米冷冻机油并利用傅里叶变换红外光谱仪对其性质进行了研究。研究发现:1)采用吐温和司盘复配的方法,可配制出稳定性较好的环烷基的纳米NiFe2O4、富勒烯以及混合纳米粉体的纳米冷冻机油;2)纳米粉体和分散剂可导致冷冻机油部分吸收特征峰发生变化。如按照一定的方法添加Span80和纳米NiFe2O4后,可使矿物基冷冻机油3GS的红外光谱中产生与160SZ相似的脂肪族酸、脂肪族醚和脂肪族伯醇的红外特征峰。这些特征峰对应的官能团是改善3GS和R134a相溶性的主要因素。2.含有纳米冷冻机油后制冷剂的饱和蒸气压的实验研究。测量了含油率为19wt%,温度范围为263333K的含油制冷剂和含纳米油制冷剂的饱和蒸气压。研究发现:1)在相同的含油率下,含油制冷剂饱和蒸气压偏差随着温度的升高而增大;2)在相同的含油率下,冷冻机油KT56对R22制冷剂饱和蒸气压的影响明显大于3GS的影响,表明KT56/R22的互溶解性大于3GS/R22;3)在相同的含油率下,KT56基纳米冷冻机油对R22制冷剂饱和蒸气压的影响明显大于纯KT56的影响,表明KT56基纳米冷冻机油/R22的互溶解性大于KT56/R22;3.对含油制冷剂饱和蒸气压的实验结果进行关联。工作成果包括:1)结合Xiang方程和Cavestri方程,新提出了一个可描述含油制冷剂饱和蒸气压的方程,采用非线性最小二乘法拟合方程参数,并且对含油率为1%、3%、5%时含油制冷剂饱和蒸气压实验数据和利用新方程获得的计算值进行对比。发现:KT56/R22的最大偏差为0.42%,平均偏差为0.133%;3GS/R22的最大偏差为0.41%,平均偏差为0.193%。2)采用耦合油浓度的方法拟合出含纳米油制冷剂饱和蒸气压方程,并且对含油率为1%、3%、5%时含纳米油制冷剂饱和蒸气压实验数据和方程计算值进行比较,发现所有的实验值与计算值的偏差均在±0.23%以内。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 问题的提出
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 含油制冷剂研究现状
• 1.2.2 纳米技术在制冷系统中应用中的研究现状
• 1.2.3 红外光谱技术在分析石油产品及纳米材料中的研究现状
• 1.3 本文研究的主要内容
• 第2章 纳米冷冻机油的配制研究
• 2.1 纳米粉体在冷冻机油中的分散
• 2.1.1 纳米粉体在冷冻机油中的分散稳定机理
• 2.1.2 纳米粉体在冷冻机油中的分散方法
• 2.2 纳米冷冻机油的制备
• 2.2.1 纳米材料的选择
• 2.2.2 分散剂的选择
• 2.2.3 纳米冷冻机油的配制
• 2.3 纳米冷冻机油的分散稳定性分析.
• 2.3.1 稳定性评价原则及方法
• 2.3.2 分散剂对稳定性的影响
• 2.4 本文配制的纳米冷冻机油
• 2.5 本章小结
• 第3章 纳米冷冻机油对制冷剂饱和蒸气压的影响
• 3.1 含油制冷剂饱和蒸气压的计算方法
• 3.1.1 Flory-Huggins 模型
• 3.1.2 饱和蒸气压方程
• 3.2 实验系统和实验方法
• 3.2.1 实验系统组成
• 3.2.2 实验过程
• 3.2.3 测量系统可靠性验证
• 3.3 含油制冷剂饱和蒸气压
• 3.3.1 含油制冷剂饱和蒸气压的实验数据
• 3.3.2 含油制冷剂饱和蒸气压分析
• 3.4 含纳米油制冷剂的饱和蒸气压
• 3.4.1 含纳米油制冷剂的饱和蒸气压数据
• 3.4.2 纳米冷冻机油对制冷剂饱和蒸气压的影响分析.
• 3.5 含油制冷剂的饱和蒸气压方程
• 3.5.1 纯制冷剂的 Xiang 方程拟合
• 3.5.2 含油制冷剂的 Cavestri 方程拟合
• 3.5.3 含纳米冷冻机油的制冷剂饱和蒸气压方程
• 3.5.4 含油制冷剂饱和蒸气压方程与 Flory-Huggins 模型的对比
• 3.6 本章小结
• 第4章 基于傅立叶变换红外光谱的纳米冷冻机油性质研究
• 4.1 傅立叶红外光谱法在纳米材料研究中的应用
• 4.1.1 纳米材料的红外光谱特殊性质的机理
• 4.1.2 红外光谱法在纳米材料表面改性研究中的应用.
• 4.2 实验台及实验方法
• 4.2.1 傅立叶红外光谱仪及光谱采集软件
• 4.2.2 仪器参数的选择
• 4.2.3 压片制作及液体池
• 4.3 红外光谱的数据处理方法
• 4.3.1 光谱平滑
• 4.3.2 基线校正
• 4.3.3 光谱差减
• 4.4 固体纳米材料的红外光谱测量与分析.
• 4.4.1 溴化钾试剂的红外光谱分析
• 4.4.2 纳米粉体的红外光谱测量与分析
• 4.5 纳米冷冻机油的红外光谱测量与分析.
• 4.5.1 纯冷冻机油的红外光谱
• 4.5.2 纳米冷冻机油的红外光谱
• 4.6 本章小结
• 第5章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间取得的研究成果