Thermodynamic properties for the alternative refrigerants

• Published in: International journal of refrigeration Vol. 21; no. 4; pp. 322 - 338
• Main Authors: McLinden, Mark O, Lemmon, Eric W, Jacobsen, Richard T
• Format: Journal Article
• Language: English
• Published: Oxford Elsevier Ltd 01-06-1998; Elsevier Science
• Subjects: Applied sciences; Carbon dioxide; Energy; Energy. Thermal use of fuels; equation d'etat; equation of state; Equations of state of liquids; Exact sciences and technology; Fluorocarbons; Free energy; frigorigène; Mathematical models; Mixtures; mélange; Paraffins; propriétes thermodynamiques; Refrigerants; Refrigerating engineering; Refrigerating engineering. Cryogenics. Food conservation; thermodynamics; frigorigène; equation of state; thermodynamics; propriétes thermodynamiques; refrigerants; mélange; mixtures; equation d'etat; Equations of state; Thermodynamic properties; Substitute; Computing method; Refrigerant fluid; Mixture
• ISSN: 0140-7007; 1879-2081
• DOI: 10.1016/S0140-7007(97)00081-9

Models commonly used to calculate the thermodynamic properties of refrigerants are summarized. For pure refrigerants, the virial, cubic, Martin-Hou, Benedict-Webb-Rubin, and Helmholtz energy equations of state and the extended corresponding states model are discussed. High-accuracy formulations for 16 refrigerants are recommended. These models may be extended to mixtures through the use of mixing rules applied either to the parameters of the equation of state or to some property of the mixture components. Mixtures of a specific composition may also be modeled as a pseudo-pure fluid. Five mixture models, employing four distinct approaches, have been compared by a group working under the auspices of the International Energy Agency. These comparisons show all five models to be very capable in representing mixture properties. No single model was best in all aspects, but based on its combination of excellent accuracy and great generality, we recommend the mixture Helmholtz energy model as the best available.
Experimental data are essential to both fit the adjustable parameters in property models and to assess their accuracy. We present a survey of the data available for mixtures of the HFC refrigerants R32, R125, R143a, R134a, and R152a and for mixtures of the natural refrigerants propane, butane, isobutane, and carbon dioxide. More than 60 data references are identified. Further data needs include caloric data for additional mixtures, comprehensive pressure-density-temperature data for additional mixture compositions, and improved accuracy for vapor-liquid equilibria data.
Les modèles souvent utilisés pour calculer les propriétés thermodynamiques de frigorigènes sont resumés. Pour les frigorigènes purs, les équations d'état du viriel, cubiques, de Martin-Hou, de Benedict-Webb-Ruben et et de l'énergie de Helmholtz ainsi que less modèles d'état étendus correspondants sont exposés. Les formulations de haute précision pour 16 frigorigènes sont recommandées. Ces modèles peuvent étre étendus aux mélanges en utilisant les règles de mélange qui s'appliquent directement aux paramètres de l'équation ou à une propriété des composants des mélanges. Les mélanges d'une composition spécifique peuvent être considéres comme un fluide quasi-pur. Cinq modèles de mélange employant quatre approches différentes ont été comparés par un groupe travaillant sous les auspices de l'Agence Internationale de l'Energie. Ces comparaisons montrent que les cinq modèles étudiés représentent fidélement les propriétés de mélanges. Aucun modèle n'était le meilleur de tous les points de vue, mais étant donné la très grande précision et les applications très générales de modèle de l'énergie de Helmholtz, nous conseillons ce dernier comme le meilleur modèle disponible.
Les données expérimentales sont essentialles pour déterminer les paramètres ajustables dans les mod`eles de propriétés et pour évaluer leur précision. Nous présentons une revue des données disponibles concernant les mélanges de frigorigènes HFC R32, R125, R143a, R134a et R152a et pour les mélanges de frigorigénes naturels (propane, butane, isobutane et dioxyde de carbone). Plus de 60 références de données sont identifiées. Davantage de données, particulièrement des données caloriques pour des mélanges supplémentaires, des données sur les pressions, les densités et les températures pour les des compositions de mélanges supplémentaires, ainsi qu'une précision accrue dans les données concernant l'équilibre vapeur-liquide, sont nécessaires.