شبیه سازی نرم افزاری جهت پیش بینی خواص ترمودینامیکی سیال عامل در سیستم های کرایجنیکی

با وجود این که فن آوری های معمول تبرید و فن آوری سرمایش کرایجنیک به لحاظ ترمودینامیکی دارای یک اساس و ریشه مشترک می باشند، اما برای برآورده کردن نیاز های متفاوت توسعه یافته اند. البته تفاوت بارز این دو مقوله محدوده دمایی کاربرد آن ها می باشد. در صنعت، فرایندهای بسیاری وجود دارند که تمام یا بخشی از آن ها، در زیر دمای محیط انجام می گیرد که به سرمایش کرایجنیک معروف است. پایه محاسبات در سیکل های سرمایشی کرایجنیک، دانستن خواص ترمودینامیکی مبردهای مورد استفاده در آنها می باشد. با این که جداول ترمودینامیکی مختلفی برای مبردها موجود می باشد اما در طراحی سیستم های سرمایشی ضروری به نظر می رسد که خواص ترمودینامیکی این مبردها به کمک نرم افزاری به صورت دقیق تخمین زده شود. استفاده از معادلات حالت، همواره روش موثری برای مطالعه خواص ترمودینامیکی مبردها بوده است. تا کنون، معادلات حالت مختلفی برای پیش بینی خواص ترمودینامیکی مبردها ارائه شده است که از معادلات ساده اولیه با تعداد پارامترهای کمتر و دقت پایین شروع شده و به معادلات جدید پیچیده تر با دقت بالا ختم شده است. در معادلات حالت اولیه، فشار تابعی از متغیرهای دیگر بود و به همین علت به معادلات فشار صریح معروف بودند اما معادلات جدید به صورت تابع صریح انرژی هلمهولتز بیان می شوند. این معادلات با این که پیچیده تر از معادلات فشار صریح می باشند، اما به دلیل داشتن ثابت های تجربی بیشتر، از دقت بالاتری در محاسبه خواص ترمودینامیکی سیالات برخوردار هستند. در این تحقیق، از یک فرم عمومی برای معادلات حالت بر مبنای تابعیت صریح انرژی هلمهولتز استفاده شده است. مزیت آن این است که مانند معادلات فشار صریح، نیاز به انتگرال گیری نیست و می توان با دیفرانسیل گیری، خواص ترمودینامیکی را با دقت بالا در محدوده دمایی گسترده ای استخراج کرد. پارامترهای فرم ساده شده این معادله حالت بنیادی، در دماهای مختلف مشخص، بر روی دو سیال کرایجنیک نیتروژن و هلیم اعمال گردیده است. نتایج محاسبات نشان می دهد که این فرم مطابقت خوبی با داده های تجربی دارد. طبق محاسبات انجام گرفته، میزان خطا در محاسبه آنتالپی و آنتروپی با استفاده از معادله حالت ارائه شده بسیار پایین بوده و در مقایسه با مراجع، نتایج مطلوبی حاصل شده است. طبق نتایج نهایی این کار می توان اظهار داشت که معادله حالت عمومی ارائه شده، زمانیکه برای محاسبه خواص ترمودینامیکی سیالات کرایجنیک استفاده می شود، دارای کارائی بالائی می باشد. ارائه یک نرم افزار جهت پیش بینی خواص ترمودینامیکی مبردها به کمک این معادلات حالت به منظور استفاده در صنایع فرایندی دماپائین، دستاورد اصلی تحقیق حاضر می باشد.