Температурный диапазон использования сжиженного газа С3Н8 в качестве низкокипящего рабочего тела
Автор: Гафуров А.М., Гатина Р.З., Гафуров Н.М.
Журнал: Теория и практика современной науки @modern-j
Рубрика: Основной раздел
Статья в выпуске: 9 (15), 2016 года.
Бесплатный доступ
В статье рассматриваются основные термодинамические и теплофизические свойства сжиженного газа С3Н8. Определен температурный диапазон использования сжиженного газа С3Н8 в качестве низкокипящего рабочего тела в тепловом контуре органического цикла Ренкина.
Сжиженный газ пропан, термодинамические и теплофизические свойства, органический цикл ренкина
Короткий адрес: https://sciup.org/140269756
IDR: 140269756
Текст научной статьи Температурный диапазон использования сжиженного газа С3Н8 в качестве низкокипящего рабочего тела
Диоксид углерода CO2 (R744) не имеет цвета, запаха и тяжелее воздуха. Потенциал глобального потепления CO2, равный 1 (ПГП=1), считается опорным значением для оценки непосредственного влияния хладагентов на глобальное потепление. Как и большинство хладонов, по стандарту ASHRAE «Классификация по группам безопасности» диоксид углерода имеет индекс А1, что означает низкую токсичность и негорючесть. Показатель озоноразрушающего потенциала для CO2 равен нулю (ОРП=0). Хладагент CO2 все шире используется в холодильных установках [1].
Применение СО2 чрезвычайно перспективно не только из-за простоты его получения, но и потому, что использование этого газа в различных агрегатных состояниях (газ, жидкость, твердое вещество) позволяет решать различные технологические задачи. Обезвоженный диоксид углерода (как газообразный, так и жидкий) не коррозирует металлы.
Как видно из диаграммы P – T – ρ (давления – температуры – плотности) на рис. 1, плотность диоксида углерода изменяется в зависимости от давления и температуры по винтообразной плоскости, увеличивающейся от сверхкритического к докритическому полю вплоть до твердой фазы. При этом наибольшее значение плотность достигает в докритической области 1200-900 кг/м3 [2].

210, 220. 230 240, 250. 260, 270, 280 290, 300, 310, 320, 330, 340, 350,
Температура, К
Рисунок 1 – Диаграмма равновесного фазового состояния СО2 в координатах P – T – ρ (давления – температуры – плотности).
Основные термодинамические и теплофизические свойства рабочего тела СО2 в сравнении с водой Н2О представлены в табл. 1 [3].
Таблица 1
Показатель параметра, размерность |
СО2 |
Н2О |
Температура тройной точки, К |
216,59 |
273,16 |
Давление тройной точки, МПа |
0,518 |
0,00061 |
Плотность жидкой фазы тройной точки, кг/м3 |
1178,5 |
999,79 |
Плотность газообразной фазы тройной точки, кг/м3 |
13,762 |
0,00485 |
Кинематическая вязкость жидкой фазы тройной точки, см2/с |
0,002178 |
0,0179 |
Кинематическая вязкость газообразной фазы тройной точки, см2/с |
0,0079 |
18,428 |
Теплопроводность жидкой фазы тройной точки, Вт/м∙К |
0,180 |
0,561 |
Теплопроводность газообразной фазы тройной точки, Вт/м∙К |
0,011 |
0,017 |
Изобарная теплоемкость жидкой фазы тройной точки, кДж/кг∙К |
1,953 |
4,22 |
Изобарная теплоемкость газообразной фазы тройной точки, кДж/кг∙К |
0,908 |
1,884 |
Удельная теплота парообразования тройной точки, кДж/кг |
350,38 |
2500,9 |
Критическая температура, К |
304,13 |
647,1 |
Критическое давление, МПа |
7,3773 |
22,064 |
Кинематическая вязкость диоксида углерода (0,002178 см2/с) в тройной точке в восемь раз ниже вязкости воды (0,0179 см2/с). Жидкая углекислота обеспечивает высокие коэффициенты теплоотдачи, небольшие гидравлические потери при транспортировке по трубопроводам, исключительную компактность систем, возможность использовать медные трубопроводы.
Свойства рабочего тела очень сильно влияют на эффективность цикла. В особенности это характеризуется в виде кривой линии насыщения на T-s диаграмме (рис. 2). В зависимости от наклона линии насыщения газа на T-s диаграмме, вещества можно разделить на «сухие», «влажные» и «изоэнтропные». Если обозначить тангенс угла наклона ^ = dsldT , то для «сухих» веществ ^ > 0, для «влажных» ^ < 0, а для «изоэнтропных» ^ = 0, где ds – приращение энтропии рабочего тела, dT – приращение температуры рабочего тела [4].

Рисунок 2 – T-s диаграмма для углекислого газа СО2, «влажного» рабочего тела.
Как видно из рис. 2, кривая линия насыщения углекислого газа СО2 имеет отрицательный тангенс угла наклона ^ < 0 (полого убывает с ростом энтропии). Это позволяет осуществлять процесс расширения в турбине углекислого газа до влажного состояния в области насыщенного газа, что характерно для традиционных паровых циклов.
Температурный диапазон использования сжиженного газа СО2 в качестве низкокипящего рабочего тела в тепловом контуре органического цикла Ренкина ограничивается показателями критической температуры в 31°С и температурой в тройной точке минус 56°С. Поэтому использование сжиженного газа СО2 в температурном диапазоне от 60°С до минус 56°С позволит обеспечить приемлемые давления контура циркуляции теплового двигателя и затраты на его сжатие.
Список литературы Температурный диапазон использования сжиженного газа С3Н8 в качестве низкокипящего рабочего тела
- Гафуров А.М. Выбор оптимального низкокипящего рабочего тела для системы охлаждения конденсаторов паровых турбин по физиологическим и экологическим показателям. // Инновационная наука. - 2016. - № 4-3. - С. 47-48.
- Гафуров А.М. Выбор оптимального низкокипящего рабочего тела для системы охлаждения конденсаторов паровых турбин по термодинамическим показателям. // Инновационная наука. - 2016. - № 4-3. - С. 41-43.
- Гафуров А.М., Гафуров Н.М. Характерные особенности использования пропана C3H8 в качестве низкокипящего рабочего тела. // Инновационная наука. - 2016. - № 1-2 (13). - С. 21-23.
- Гафуров А.М., Гафуров Н.М. Характерные особенности термодинамического цикла при использовании углекислого газа СО2 и пропана С3Н8. // Инновационная наука. - 2015. - № 11-2. - С. 32-34.