BIBLIOTEKA PARAMETRÓW CIEPLNYCH FREONU 22 (dla emc R

BIBLIOTEKA PARAMETRÓW CIEPLNYCH FREONU 22 (dla emc R

BIULETYN
INFORMACYJNY
INSTYTUTU
POLITECHNIKI
TECHNIKI
CIEPLNEJ
WARSZAWSKIEJ
Nr 67
1985
Mieczysław Poniewski
Instytut Techniki Cieplnej
Politechniki Warszawskiej
Jacek Szypliński
Instytut Podstawowych Problemów Techniki P A N
BIBLIOTEKA PARAMETRÓW CIEPLNYCH FREONU 22
(dla emc R-32)
W pracy omówiono sposób generaoji b i b l i o t e k i parametrów
cieplnych freonu 22 d l a emc R-32· Podano zakres stosowania
b i b l i o t e k i i zasady korzystania z n i e j ·
WSTĘP
Do w i e l u o b l i c z a ń , w tym n p · do o b l i c z a n i a temperatury minimalnej wrzenia błonowego, niezbędna jest znajomość parametrów cieplnych czynnika w f u n k o j i temperatury i
[ 1 , 2 ] · Dostępne w l i t e r a t u r z e dane, dotyczące
ciśnienia
różnych
czynni-
ków, przedstawione są z reguły w posteoi t a b e l a r y c z n e j ,
niezbyt dogodnej do wykorzystania w obliczeniach
a zatem
numerycznych.
Również próby z a p i s u zależności wybranego parametru cieplnego
od c i ś n i e n i a i temperatury, w postaci a n a l i t y c z n e j ,
nie dają
zwykle oczekiwanego r e z u l t a t u .
W zbiorach bibliotecznych emc R-32 w I T C PW znajdują się
dwie b i b l i o t e k i parametrów oieplnych wody (PARAM i TPWF1),
brak zaś jest b i b l i o t e k dla innyoh czynników. Zgodnie z dokonanym przeglądem l i t e r a t u r y ,
dla freonu 22 z a i s t n i a ł y
możli-
wośoi zbudowania procedur bibliotecznych obejmująoych zbiór
parametrów cieplnych, w f u n k c j i temperatury i c i ś n i e n i a ,
nie-
Mieczysław Poniewski, Jacek Szypliński
62
zbędnych do w y z n a c z e n i a temperatur minimalnych w r z e n i a błonowego»
P r z y j ę t o następujące wytyczne
a)
aproksymacja odcinkami
tości
parametrów,
przy generowaniu
biblioteki:
prostych eksperymentalnych war-
przy z a ł o ż e n i u średniego b ł ę d u
n i ż 2% i b ł ę d u maksymalnego mniejszego n i ż
b) i n t e r p o l a c j a l i n i o w a w a r t o ś c i
mniejszego
A%i
parametrów
pomiędzy
stymi aproksymującymi dostępne dane eksperymentalne
padku pary) lub punktami
na l i n i i n a s y c e n i a ) j
o)
danych
organizacja b i b l i o t e k i ,
temperatury
i ciśnienia
eksperymentalnych
Ten sposób d z i a ł a n i a
cieczy
jednostki
TPWF1.
zapewnił:
- niezbędną do wykonania zamierzonych o b l i o z e ń
- dużą szybkość d z i a ł a n i a
(dla
sposób wywołania oraz
takie jak w bibliotece
pro-
(w przy-
procedur,
dokładność}
c z y l i dużą szybkość
pozy-
skiwania w a r t o ś c i żądanego parametru c i e p l n e g o .
1. CHARAKTERYSTYKA
DOSTĘPNYCH PARAMETRÓW CIEPLNYCH FREONU 22
Freon 22 ( C H F 2 C 1 )
ma masę cząsteozkową 8 6 , 4 8
kg/kmol;
przy o l ś n i e n i u 0 , 9 8 bar (1 a t ) w temperaturze
t = -40,8°Cj
jego temperatura krytyozna w y n o s i t ^
a ciśnienie
tyczne
pjQ, = 4 9 , 9 b a r .
« 96°C,
Do o b l i c z e n i a temperatur
wrze
kry-
minimalnyoh
w r z e n i a błonowego, d l a r ó ż n y c h modeli drugiego k r y z y s u wrzenia
[1,2],
niezbędna j e s t znajomość t a k i c h parametrów
f r e o n u 22 na l i n i i
temperatura,
nasycenia,
ciepło właśoiwe,
objętość w ł a ś c i w a ,
napięcie
jak ciśnienie
lepkość,
i
odpowiadająca mu
przewodność
powierzchniowe
cieczy
i ciepło
cieplna,
parowania.
Budowana b i b l i o t e k ą z o s t a ł a dodatkowo uzupełniona o dwa parametry termodynamiczne,
a mianowicie e n t a l p i ę
nasyconej w f u n k c j i temperatury.
stępne w l i t e r a t u r z e
i entropię
d l a wybranyoh i z o b a r .
96°C
cieczy
parametry były do-
[ 3 , 4 ] w postaci t a b e l a r y c z n e j ,
ratury - 1 0 0 ° C do temperatury
10°C,
Powyższe
od tempe-
(temperatura k r y t y c z n a ) ,
00
Do przeprowadzenia zamierzonych ob
l i o z e ń niezbędne były r ó w n i e ż parametry
pary f r e o n u 22 w funk-
Biblioteka parametrów cieplnych freonu. 22 (dlaemcR-32)61
cji temperatury i ciśnienia, takie jak objętość właściwa, przewodność cieplna i lepkość. Bibliotekę uzupełniono o entalpię,
entropię i oiepło właściwe pary freonu 22 [ 3 , 4 ] . W dostępnej
literatura e znaleziono stabelaryzowane, co 10"C, parametry
pary freonu 22 od temperatury saturacji, przy danym ciśnieniu,
do temperatury 250°C, dla ciśnień» 0 , 1 » 0 , 5 » 1» $» 10» 15»
20» 30» 40 i 4 9 , 6 bara [ 3 , 4 ] . Na rys.1 pokazano obszar stosowania biblioteki parametrów cieplnych freonu 2 2 . Ponieważ pa-
rametry pary freonu 22 są dostępne tylko do temperatury 250°C,
zatem powyżej niej zostały ekstrapolowane liniowo.
2. SPOSÓB BUDOWY BIBLIOTEKI
a) parametry pary i cieozy na l i n i i nasycenia - f ( t 8 a t )
• -Parametry w dowolnym punkcie obszaru stosowania są interpolowane liniowo, pomiędzy dwoma sąsiednimi węzłami, wczytanymi
co 10°C.
Mieczysław Poniewski, Jacek S z y p l i ń s k i
64
Ъ) parametry pary - f ( p , t )
Parametry
pary freonu 22 t a k i e , jak e n t a l p i a ,
entropia,
objętość właściwa i lepkość w f u n k o j i temperatury, dla różnych
c i ś n i e ń , są aproksymowane odcinkami prostych z wykorzystaniem
procedury b i b l i o t e c z n e j emc R-32 -S4TGAB»
[ 5 ] . Parametry
freonu 22 t a k i e , jak ciepło właściwe i przewodność
charakteryzujące
na wykresy
się dużą nieliniowością zostały
(rys.2).
Zbiory p u n k t ó w danych zostały
40 bar
Cp[kJ/kgK]
pary
cieplna,
naniesione
podzielone
Granica obszaru
grupy 3
Grupo 3
1.4
1.3
1.2
Grupa 2
1.1
1.0
0.9
0,8
0.7
Grupa 1
5 bar
Granica obszaru
i\
0*
grupy 2
iteC]
260
20 40
60 80 100 120 140 160 180 200 220 240
Βνβ 2 Cieołó właściwe pary freonu 22 w f u n k o j i temperatury
Hys.2. C l e p i o ^ a s c ^ ^ , ^
ekepeByBelrtalae)
i
na k i l k a grup o wspólnych cechach. W tych grupach wydzielono
charakterystyczne
obszary, w których można było dokonać apro-
ksymacji l i n i o w e j z a pomocą jednej p r o s t e j . I t a k , w przypadku
c i e p ł a właściwego pary freonu 22 z b i ó r danych doświadczalnych
podzielono na trzy grupy
- grapa 1 ( d l a ρ -
(rys.2)ι
1 bar i ρ - 5 bar) - aproksymacja jedną
~ prostą,
- grupa 2 ( d l a ρ « 1 0 ,
ma prostymi,
Ρ = 15,
Ρ « 20 b a r ) - aproksymacja trze-
Biblioteka parametrów cieplnych freonu. 22 (dla emc R-32)
65
- grupa 3 (dla ρ = 30 i ρ = 40 bar) - aproksymaoja trzema prostymi.
W przypadku grup 2 i 3 najpierw wybrano trzy obszary charakterystyczne (patrz obszar zakreskowany dla grupy 3 ) . Następnie, metodą kolejnych prób, zaczepiająo początek półproetych na granicach obszarów " a " i " c "
(granioe pokazano linią
przerywaną) szukano takich współczynników kierunkowych półprostych, aby maksymalny błąd aproksymacji był mniejszy od 256
w stosunku do danych wyjściowych. Przez początki półprostyoh
poprowadzono odcinek prostej, którym aproksymowano zbiór danyah w obszarze " b " . Maksymalny błąd w tym obszarze był mniejszy od 4 * . Przewodność oieplną pary freonu 22 aproksymowano
dwiema półprostymi
z za'ł(p.t)
chowaniem warunku, że błąd
aproksymaoji jest
mniej-
szy lub równy 2 * .
Obliczanie
wartości
wybranego parametru
plnego dla
Ciecz
cie-
tości temperatury
-
i ciśnienia - ρ χ
2 1
/ А
/ Г
znajdowane
są dwie izobary p1
wzdłuż których
i
' д
y/l
tx f J.,-· 1
współrzęd-
nych ΐ χ i ρ χ
2
A
jącego algorytmu ( r y s . 3 ) .
o
P
Para
ΐχ
wykony-
wane jest według następuDla punktu
л0/
<*у /
zadanych war-
p2,
B
I
ι
A
P1|
ι
P1
poprowa-
dzono odcinki prostych aproksymającyoh dane
eks-
R y s . 3 . Interpolacja wartości parametrów cieplnych w obszarze pary
perymentalne. Olśnienia p1 i p 2 spełniają warunkit p1 <ρ χ
i
p 2 > ρ χ . Jeśli temperatura
* ^sa·^ ^
*
to
w a r t o
^
wybra-
nego parametru cieplnego w tym punkcie jest interpolowana liniowo między punktami na izobaraoh p^ i p 2 (punkty B^^ i B p 2 ) .
Jeżeli zaś t x
<t
sat^p2^'
00
zac
h o d z i dla punktu A, to wartość
parametru oieplnego jest interpolowana między punktami A p 1
i A t . Punkt A t _ znajduje się na l i n i i nasycenia dla t_
t
=
Mieczysław Poniewski, Jacek Szypliński
66
f\J
OJ
3
CÜ 7
О
o Lu
or
•H u.
3
Η о
л łcc
—
J
ш U
s:
«с
cc
<
CL
V
UJ
ио
_1
CÜ
CD
<Λ
α
ο
s
£
I
ί
I
I
s
г
9
i
I
t
1
1
1
1
1
в
,,
t
t
i
1
1
1
1
s
»
2.
w
rvj
rvj
о
Ш
ас
u.
Μ
χ
-
^
о oo
Lf\ ΙΛ ΙΛ
„
..
Ы
ι—»
cj
_»
о
-
>-
•3
-
о
«ί
•ł
-
•
о
•
ο
•Λ
OJ
ν
Η·
II
ν
о
ΙΛ
OJ
ν
ΜΗ
ν
ь·
<.
to
о o o о
ιλ m [Л in
OJ (M OJ rvi
ν VV v
— ł—
h- f-V
ti
ν VV
v
—t—
V- ł
< «Г «С
со 4/5 l/i
<
ř-ł—l·— lf>
ł—
CO
<t
O
о m
η
•
О
•
•
ΛΛ
-J Ν»
- »
•ÍÍ O
•0 о 0s O
··
•
•
-
ΛΛ
<r
•
>c· -Оо •
O · > о N. ч>
»
•
•
-
•
»
•
•
•
ΙΛ
J'
•
>—
<Γ
f—
ο
ιλ
•л·
*
с·» с
ο o
»
•
»
•
*
-
-
οo
ο
о OJ о О o O o о О *·
ο ο o
ч- t— о
o oо о о ο ο
о o о о o
r'Ττ
—Τ*
•
№
•
Ι
Ι В
в
t
• ft
о o o т- β o
«tafΝ-»
w
V ч·»
II II II
If II II u ti и и tł li C
к II II II łl Μ II ř—
L Η— (Χ >—
CL
1— H- к-н-Í
CL α α α
— β+... * - — + - - — ł - - - - — 1+- + Г + — I+— —
• — i
β
I
I
Ρ «
в в
I
ι
В
1
I из ι
о о
β
I
δ
UJ IUJ i
UJ I
шш
ε
8
I
(S) fi ο s
O i O i
Q 'J I o о о
ł^
ι—« ι
ч I 4 (
^s
Ш ί Ш s
-ч.•V. Uł S
i
^
14 o β о
В
O 1 С7
α ! Ci. i ο
3о I o ι
1 N C
га вOJ ^ ϊ -Ч. »
1 roV V ί bi ι ut 1vTУ m ιro
* 1 * 's.
« s «
ŁΙ
1 * -V.•ν. i Ν. ιal O 1
- > « -3 1 <
-5—> —> •й β*
s*
C LU 1-э « 1
Ν ΒЧ. I —ί
v Ł»
V я. I
2 I 3 I уz
1 i' * ΐ I VI eOD O 1
I
I
Β t
1
[
β
I
«
41 I β
1
1
Ζ i
I
1
I
I
1
I
I
•
1
ο t
Ο Β в
I
I
1
1
> Β вс
с I
1
1
1
1/3 s β ar
ζ I
-1
1 <1
1
<L В
et
ι
1 μ В
Γ <г е I
1
.SJ I 1 г i
Ζ
1
ζ I
β CL
1
κ I
β
β I
t' < Ш ł
O»
о
1
Μ ι Β rvi
c_> ι »M о
ΙΛ I 1 3 <-> I
1
>- I υ > «
ο β < ι <_J
I <c Ο! I < 1 > - >- ι
or ш ι CK βUJ
fSł Iαα ι "Ni (Л I ОС ιΛ 1 LłJ to
ι cc
1-4 <t
<
«-С ΒС в
1 < or ι< 1 CC с I <г 'i 1
CJ г
α. U Βα в o
1 o. α ι CL 1 г ι CL г I
— -τ — ι — — -· —
л f α ι ι I-
>нwαν
ο α.
<Л ί < Í C 1
^ I Φ I CQ
й Iϊ IΣ
-- — — ι — ι
CL I + I CL ł
α. α .α. ι η. ι * α.
— I — I —I — —
— · —· — I — I
r-
AJ ГО I
Irv CO
rvj f\| οι m
ι κι μ rr j -ł
I rv ι о I
I ·} I 1Л IiA
<Tk
Biblioteka parametrów cieplnych freonu. 22 (dla emc R-32)
67
Przedstawiona metoda postępowania dzięki prostooie obliczeń pozwoliła zrealizować oba postawione cele, t j . dużą szybkość w pozyskiwaniu wartości żądanego parametru cieplnego przy
zachowaniu założonej dokładnośai.
3. OPIS BIBLIOTEKI I SPOSÓB WYWOŁANIA
a) Wywołanie obliczenia wybranego parametru ( t a b l . 1 ) :
X « FRE022 (Ν,Α,Β)
N - numer etykiety
A - temperatura
В - ciśnienie
lub parametr pusty
[bar] lub parametr pusty
b) Wywołanie opisu biblioteki:
CALL 0PRE22
W przypadku podania parametru spoza obszaru stosowania powyższej biblioteki program zostaje zatrzymany z wydrukiem numeru
etykiety "N" i wartościami parametrów "A" i "B" oraz tekstem:
"BRAK DANYCH", "POZA LINIA GRANICZNA" lub "POZA OBSZAREM PARY".
4. PRZYKŁAD WYKORZYSTANIA
Biblioteka parametrów freonu 22 została praktyoznie wykorzystana do obliczenia temperatur minimalnych wrzenia błonpwego, według różnyoh hipotez omówionych w [1,2]. Wyniki obliczeń przedstawiono na r y s . 4 .
Praca została wykonana w ramach Problemu MR.1.10 pt. "Optymalizacja procesow termodynamicznych i przepływowych" koordynowanego przez Instytut Techniki Cieplnej i Silników Spalinowych Politechniki Poznańskiej.
68
Mieczysław Poniewski, Jacek Szypliński
T[K]
Rys.4. Minimalna temperatura wrzenia błonowego w funkcji ciśnienia według różnych hipotez [ 1 , 2 ] ϊ 1 - temperatura saturac j i , 2 - model P. Spieglerą i innych, 3 - model K . J . Baumeisters, 4 - nukleacja homogeniczna, 5 - model P . J . Berensona,
6 - model R . E . Henry'ego, 7 - model A.W. Cronenbergs i P.S.Gunners ona - wariant 1 , 8 - model A.W.Cronenberga i 'F.S.Gunnersona - wariant ΪΙ
BIBLIOGRAFIA
ril Μ. Poniewski, В. Staniszewski: 0 kryzysie wrzenia błonowego. Stan wiedzy. Część I . Modele hydrodynamiczne. Spontaniczna nukleacja homogeniczna. Biuletyn Informacyjny
ITC - PW, Kr 59, 1981 г . , str.1-36.
[2] M. Poniewski, B. Staniszewski: 0 kryzysie wrzenia błonowego. Stan wiedzy. Część I I . Modele termodynamiczne. Badania eksperymentalne. Biuletyn Informacyjny ITC - PW, Nr 59,
1981 r . , str.36-71.
[3] N . B . Wargaftik: Sprawocznik po tiepłofiziczeskim swojstwam
gazów i żidkostiej. Nauka, Moskwa 1972, s . 7 2 0 .
[4] Z. Dvorak, J . Petrik: Własności cieplne czynników chłodniczych. WNT, Warszawa 1982, str.239.
[5] OS/JS Biblioteka modułów matematycznych dla mc JS, tom I I ,
MERA-ELWRO, Wrocław 1976, str.159.
Biblioteka parametrów cieplnych freonu. 22 (dla emc R-32)
69
БИБЛИОТЕКА ТЕИШЧЕСЭДХ ПАРАМЕТРОВ ФРЕОНА 22 (ДЛЯ ЭВМ Р-32)
А н н о т а ц и я
5 работе обсуждается способ генерации библиотеки термических параметров фреона 22 для ЭВИ Р-32. Приводился предел
применяемости библиотеки и принципы пользования его·
LIBRARY OP THERMAL PROPERTY DATA OP FREON 22
(FOR R-32 COMPUTER)
S u m m a г у
The method of generating the library of thermal property
data of freon 22, for R-32 computer, has been presented. The
range of application and the way of using the library has been
also described.