Термодинамические свойства хладагента транс-1,3,3,3тетрафторпропена: методика построения уравнения состояния и табулированные данные

Рассмотрен переход к использованию экологически безопасных хладагентов в низкотемпературной технике. Предложен новый экологически безопасный хладагент четвёртого поколения транс-1,3,3,3-тетрафторпропен R1234ze(E) в качестве альтернативы хладагенту R134а в чиллерах и тепловых насосах, а также хладагенту R22 в системах кондиционирования воздуха. Разработана методика построения единого фундаментального уравнения состояния жидкости и газа, реализованная для транс-1,3,3,3-тетрафторпропена. Предложенное фундаментальное уравнение в окрестности критической точки удовлетворяет требованиям масштабной теории для асимметричных систем, а в области разреженного газа сводится к вириальному уравнению состояния. На базе данного фундаментального уравнения рассчитаны таблицы стандартных справочных данных по давлению, плотности, энтальпии, изобарной и изохорной теплоёмкостям, энтропии, теплоте парообразования и скорости звука транс-1,3,3,3-тетрафторпропена в области параметров состояния в диапазонах температуры 169–420 К и давления 0,1–100 МПа. Рассчитан ряд статистических характеристик – абсолютное среднее отклонение, систематическое отклонение, стандартное отклонение, среднее квадратическое отклонение, которые характеризуют точность предложенного фундаментального уравнения при описании опытных значений равновесных свойств, полученных в общепризнанных международных теплофизических центрах. Установлено, что значения указанных статистических характеристик существенно меньше значений соответствующих характеристик приведённых в литературе международно признанных фундаментальных уравнений состояния при описании как термических, так и калорических опытных данных транс-1,3,3,3-тетрафторпропена. Оцененные расширенные неопределённости табулированных данных, полученных на основе предложенного фундаментального уравнения, составили 0,26 % по плотности, 0,57 % по давлению, 1,7 и 1,2 % по изохорной и изобарной теплоёмкостям, 0,38 % по скорости звука. Полученные результаты позволяют сделать вывод о том, что предложенное единое фундаментальное уравнение состояния адекватно передаёт термодинамические характеристики транс-1,3,3,3-тетрафторпропена в указанном диапазоне температур и давлений.

1. Thol M., Lemmon E. W., International Journal of Thermophysics, 2016, vol. 37, 28. https://doi.org/10.1007/s10765-016-2040-6

2. Astina I. M., Budiarso G., Harrison R., Fluid Phase Equilibria, 2021, vol. 531, 112921. https://doi.org/10.1016/j.fluid.2020.112921

3. Brown J. S., Di Nicola G., Zilio C., Fedele L., Bobbo S., Polonara F., Journal of Chemical & Engineering Data, 2012, vol. 57, pp. 3710–3720, https://doi.org/10.1021/je300945r

4. Klomfar J., Součková M., Pátek J., Journal of Chemical & Engineering Data, 2012, vol. 57, pp. 3270–3277. https://doi.org/10.1021/je3008974

5. McLinden M. J. O., Thol M., Lemmon E. W., Thermodynamic properties of trans-1,3,3,3-tetrafluoropropene [R1234ze(E)]: measurements of density and vapor pressure and a comprehensive equation of state, International Refrigeration and Air Conditioning Conference, July 12–15, 2010, 2189, рр. 1–8.

6. Qiu G., Meng X., Wu J., Journal of Chemical Thermodynamics, 2013, vol. 60, pp. 150–158. https://doi.org/10.1016/j.jct.2013.01.006

7. Tanaka K., Takahashi G., Higashi Y., Journal of Chemical & Engineering Data, 2010, vol. 55, pp. 2169–2172. https://doi.org/10.1021/je900756g

8. Tanaka K., Higashi Y., Journal of Chemical & Engineering Data, 2010, vol. 55, pp. 5164–5168. https://doi.org/10.1021/je100707s

9. Yin J., Zhou Y., Zhao G., Ma S., Fluid Phase Equilibria, 2018, vol. 460, pp. 69–74. https://doi.org/10.1016/j.fluid.2017.12.030

10. Zhang H., Gong M., Li H., Guo H., Dong X., Wu J., Fluid Phase Equilibria, 2016, vol. 408, pp. 232–239. https://doi.org/10.1016/j.fluid.2015.09.010

11. Wang L., Song J., Sheng B., Dong X., Zhao Y., Zhong Q., Yan H., Gong M., Journal of Chemical Thermodynamics, 2020, vol. 141, 105936. https://doi.org/10.1016/j.jct.2019.105936

12. Al Ghafri S. Z. S., Rowland D., Akhfash M., et al., International Journal of Refrigeration, 2019, vol. 98, pp. 249–260. https://doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2018.10.027

13. Gao N., Chen G., Li R., Wang Y., He Y., Yang B., Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, 2015, vol. 122, pp. 1469– 1476. https://doi.org/10.1007/s10973-015-4837-0

14. Kagawa N., Matsuguchi A., Watanabe K., Transactions of the Japan Society of Refrigerating and Air Conditioning Engineers, 2011, vol. 28, pp. 71–76. https://doi.org/10.11322/tjsrae.28.71

15. Liu Y., Zhao X., He H., Wang R., Journal of Chemical & Engineering Data, 2018, vol. 63, pp. 113–118. https://doi.org/10.1021/acs.jced.7b00713

16. Kano Y., Kayukawa Y., Fujii K., Journal of Chemical & Engineering Data, 2013, vol. 58, pp. 2966–2969. https://doi.org/10.1021/je4004564

17. Perkins R. A., McLinden M. O., Journal of Chemical Thermodynamics, 2015, vol. 91, pp. 43–61. https://doi.org/10.1016/j.jct.2015.07.005

18. Chen Q., Gao R., Guan X., Du L., Chen G., Tang L., Journal of Chemical & Engineering Data, 2020, vol. 65, pp. 4230– 4235. https://doi.org/10.1021/acs.jced.0c00219

19. Qi Y., Yang H., Zhang C., Journal of Chemical Thermodynamics, 2019, vol. 135, pp. 68–74. https://doi.org/10.1016/j.jct.2019.03.016

20. Yang T., Hu X., Meng X., Wu J., Journal of Chemical Thermodynamics, 2020, vol. 150, 106222. https://doi.org/10.1016/j.jct.2020.106222

21. Gong M., Zhang H., Li H., Zhong Q., Dong X., Shen J., Wu J., International Journal of Refrigeration, 2016, vol. 64, pp. 168–175. https://doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2016.01.007

22. Tanaka K., Journal of Chemical & Engineering Data, 2016, vol. 61, pp. 1645–1648. https://doi.org/10.1021/acs.jced.5b01039

23. Ye G., Fang Y., Guo Zh., Ni H., Zhuang Y., Han X., Chen G., Journal of Chemical & Engineering Data, 2021, vol. 66, pp. 1741– 1753. https://doi.org/10.1021/acs.jced.0c01033

24. Higashi Y., Tanaka K., Journal of Chemical & Engineering Data, 2010, vol. 55, pp. 1594–1597. https://doi.org/10.1021/je900696z

25. An B., Yang F., Yang K., Duan Y., Yang Zh., Journal of Chemical & Engineering Data, 2018, vol. 63, pp. 2075–2080. https://doi.org/10.1021/acs.jced.8b00090

26. Zhang K., Chen H., Yang Zh., Duan Y., Journal of Chemical Thermodynamics, 2020, vol. 149, 106160. https://doi.org/10.1016/j.jct.2020.106160

27. Pierantozzi M., Tomassetti S., Di Nicola G., Applied Sciences, 2020, vol. 10, 2014. https://doi.org/10.3390/app10062014

28. Devecioğlu A. G., Oruç V., Environmentally-Benign Energy Solutions. Green Energy and Technology, 2020, рp. 87–96. https://doi.org/10.1007/978-3-030-20637-6_4

29. Ма Ш. Современная теория критических явлений: Пер. с англ. А. Н. Ермилова, А. М. Курбатова. М.: Мир, 1980. 298 с.

30. Rykov S. V., Kudryavtseva I. V., Journal of Physics: Conference Series, 2021, vol. 2057, 012112. https://doi.org/10.1088/1742-6596/2057/1/012112

31. Рыков В. А. Метод построения единого уравнения состояния, удовлетворяющего требованиям масштабной гипотезы // Инженерно-физический журнал. 1985. Т. 48. С. 642– 648. https://doi.org/10.1007/BF00872077

32. Rykov S. V., Kudryavtseva I. V., Rykov V. A., Journal of Physics: Conference Series, 2020, vol. 1565, 012038. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1565/1/012038

33. Колобаев В. А., Рыков С. В., Кудрявцева И. В., Устюжанин Е. Е., Попов П. В., Рыков В. А. Термодинамические свойства хладагента R1233zd(E): методика построения фундаментального уравнения состояния и табулированные данные // Измерительная техника. 2022. № 5. С. 22–28. https://doi.org/10.32446/0368-1025it.2022-5-22-28

34. Рыков С. В., Кудрявцева И. В., Рыков В. А., Рыков С. А., Коняев Д. В. Анализ методов описания термодинамической поверхности диоксида углерода // Вестник Международной академии холода. 2023. № 2. С. 82–88. https://doi.org/10.17586/1606-4313-2023-22-2-82-88

35. Рыков С. В. Фундаментальное уравнение состояния, учитывающее асимметрию жидкости // Научно-технический вестник Поволжья. 2014. № 1. С. 33–36. https://elibrary.ru/schqpb

36. Рыков В. А., Варфоломеева Г. Б. Методика определения структуры форм свободной энергии, удовлетворяющих требованиям масштабной гипотезы // Инженерно-физический журнал. 1985. Т. 48. С. 455–461. https://doi.org/10.1007/BF00878203

37. Козлов А. Д., Лысенков В. Ф., Попов П. В., Рыков В. А. Единое неаналитическое уравнение состояния хладона 218 // Инженерно-физический журнал. 1992. Т. 62. С. 840–847.

38. Колобаев В. А., Рыков С. В., Кудрявцева И. В. Устюжанин Е. Е., Попов П. В., Рыков В. А., Козлов А. Д. Единое фундаментальное уравнение состояния аргона: методика построения в рамках теории скейлинга и таблицы стандартных справочных данных // Измерительная техника. 2022. № 11. С. 9–16. https://doi.org/10.32446/0368-1025it.2022-11-9-16

39. Benedek G. B. In polarisation matie et payonnement, livre de Jubile en l’honneur du proffesor A. Kastler, Paris, Presses Universitaires de Paris, 1968, р. 71. (In French)

40. Рыков С. В., Кудрявцева И. В. Непараметрическое масштабное уравнение и феноменологическая теория критических явлений // Фундаментальные исследования. 2014. № 9(8). С. 1687–1692. https://elibrary.ru/swoijn

41. Widom B., Journal of Chemical Physics, 1965, vol. 43, pp. 255–262. https://doi.org/10.1063/1.1696618

42. Кудрявцева И. В., Рыков С. В. Непараметрическое уравнение состояния скейлингового вида, разработанное на основе феноменологической теории Мигдала и гипотезы Бенедека // Журнал физической химии. 2016. Т. 90. № 7. С. 1119–1121. https://doi.org/10.7868/S0044453716070153

43. Рыков С. В., Свердлов А. В., Рыков В. А., Кудрявцева И. В., Устюжанин Е. Е. Метод построения уравнения состояния жидкости и газа, основанный на феноменологической теории Мигдала и гипотезе Бенедека // Вестник Международной академии холода. 2020. № 3. С. 83–90. https://doi.org/10.17586/1606-4313-2020-19-3-83-90

44. Bezverkhii P. P., Dutova O. S., Thermophysics and Aeromechanics, 2023, vol. 30, pp. 137–151. https://doi.org/10.1134/S086986432301016X

45. Рыков С. В., Кудрявцева И. В., Рыков В. А., Коняев Д. В. Давление насыщенного пара ряда гидрофторолефинов // Вестник Международной академии холода. 2022. № 4. С. 76– 83. https://doi.org/10.17586/1606-4313-2022-21-4-76-83

46. Колобаев В. А., Рыков С. В., Кудрявцева И. В. Устюжанин Е. Е., Попов П. В., Рыков В. А., Свердлов А. В., Козлов А. Д. Методика построения уравнения состояния и термодинамических таблиц для хладагента нового поколения // Измерительная техника. 2021. № 2. С. 9–15. https://doi.org/10.32446/0368-1025it.2021-2-9-15

47. Рыков С. В., Кудрявцева И. В., Рыков В. А., Попов П. В., Соломичев Р. И., Рыков С.А. Описание термодинамической поверхности аргона в рамках теории ренормгруппы для асимметричной модели // Вестник Международной академии холода. 2023. № 3. С. 61–67. https://doi.org/10.17586/1606-4313-2023-22-3-61-67