新型環(huán)保工質(zhì)R1233zd(E)的研究進(jìn)展

楊文娟，張華，郝文洋

（上海理工大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院，上海 200093）

0 引言

科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，帶來(lái)經(jīng)濟(jì)價(jià)值的同時(shí)也造成了環(huán)境的破壞。因此人們?cè)絹?lái)越關(guān)注能源短缺和環(huán)境問(wèn)題，一是關(guān)注能源沒(méi)有充分的利用，二是一些高臭氧消耗潛能值（Ozone Depletion Potential，ODP）和高全球變暖潛能值（Global Warming Potential，GWP）的制冷劑給環(huán)境造成了很大破壞。大氣臭氧層已遭到氟利昂的嚴(yán)重破壞，所以對(duì)新型環(huán)保工質(zhì)的研究成了近年來(lái)的重點(diǎn)。

制冷劑在制冷系統(tǒng)中起到非常重要的作用。制冷劑的發(fā)展到目前為止可以大致分為4個(gè)階段[1]。第一階段在1830—1930年，在那時(shí)制冷劑的使用原則是能用就行，主要是醚類、空氣、甲酸甲酯和CO2等，第一階段的制冷劑中因?yàn)橛芯哂卸拘院痛碳ば詺馕兜陌?，所以它的使用受到了限制；第二階段的制冷劑處于1931—1990年的發(fā)展時(shí)期，在這個(gè)時(shí)期人們急需安全又耐用的制冷劑，CFCs、HCFCs為當(dāng)時(shí)主要的制冷劑[2]。主要制冷劑有R11、R12和R114等，它們無(wú)毒且不燃，為暖通空調(diào)帶來(lái)更加黃金的發(fā)展階段。R12廣泛應(yīng)用于家用冰箱、冷柜、醫(yī)療等低溫領(lǐng)域，R12也是當(dāng)時(shí)汽車空調(diào)里用的唯一的介質(zhì)。R11主要廣泛應(yīng)用于大型離心式冷水機(jī)組，但因R11中含有氯原子，會(huì)造成臭氧層的破壞，它們的使用受到限制。第三階段的制冷劑大約在1990—2010年，在這個(gè)時(shí)期的制冷劑臭氧消耗潛值ODP基本都是0，但是GWP都很高，主要制冷劑有R22、R134a等，因?yàn)辂u代烴的長(zhǎng)期使用，使當(dāng)時(shí)的人們還關(guān)注著HCFCs制冷劑。第四階段的制冷劑大約出現(xiàn)在2010年，主要是H2O等天然工質(zhì)[2]。國(guó)際上正在加快自然工質(zhì)的應(yīng)用，但第三代制冷劑仍在大量使用，我國(guó)目前正在加快HCFCs的淘汰[3-4]，根據(jù)《蒙特利爾議定書(shū)》的規(guī)定，我國(guó)制定了《工商制冷HCFCs淘汰管理計(jì)劃》，計(jì)劃在2030年HCFCs削減至極限水平的5%[5]，我國(guó)的HCFCs物質(zhì)淘汰階段目標(biāo)已接近[6]。對(duì)于HCFCs的淘汰結(jié)合制冷劑的發(fā)展，環(huán)保制冷劑的研發(fā)顯得越來(lái)越重要，所以新型環(huán)保制冷的研究成為當(dāng)前的重點(diǎn)。R1233zd(E)是可以作為一種重要的化工中間體或原料，也可以作為消耗臭氧層物質(zhì)替代品，可用于制冷劑、發(fā)泡劑和熱傳導(dǎo)介質(zhì)等，具有良好的發(fā)展前景[7]。

本文綜述了近年來(lái)學(xué)者對(duì)R1233zd(E)的基本物性、制備方法和應(yīng)用方面的理論及實(shí)驗(yàn)研究，為R1233zd(E)的進(jìn)一步研究提供參考。

1 R1233zd(E)物性介紹

R1233zd(E)全名為反式-1-氯-3,3,3-三氟丙烯，J簡(jiǎn)稱R1233zd(E)，無(wú)色透明液體，大氣壽命很短，僅有26 d。R1233zd(E)的分子結(jié)構(gòu)如圖1所示。它的物性參數(shù)如表1所示。

圖1 R1233zd(E)的分子結(jié)構(gòu)

表1 R1233zd(E)的基本物理性質(zhì)

2 R1233zd(E)的制備方法

制備R1233zd(E)的主要方法：R240fa（1,1,1,3,3-五氟丙烷）氟化法；聯(lián)合生產(chǎn)1,1,1,3,3-五氟丙烷、反式-1-氯-3,3,3-三氟丙烯和反式-1,3,3,3-四氟丙烯法；以R243fa為原料脫氯化氫法[8]。

2.1 R240fa氟化法

R240fa氟化合成R1233zd(E)的方法分為氣相氟化法和液相氟化法。圖2所示為R24fa氟化合成R1233zd(E)過(guò)程。

圖2 R240fa氟化合成R1233zd(E)過(guò)程

液相氟化常用的催化劑是SbCl5，但工業(yè)上應(yīng)用時(shí)產(chǎn)生的廢物很多，對(duì)環(huán)境有嚴(yán)重的污染，并且對(duì)設(shè)備也有很嚴(yán)重的腐蝕；但氣相氟化法的優(yōu)點(diǎn)是可以連續(xù)生產(chǎn)、產(chǎn)率高、對(duì)環(huán)境造成的污染小、所以在工業(yè)上大多采用的是氣相氟化法，以R240fa為原料的合成R1233zd(E)方法，是當(dāng)前被認(rèn)為最好的合成路線。但是在低溫時(shí)R1233zd(E)的收率低，在高溫時(shí)催化劑表面結(jié)炭嚴(yán)重，催化劑容易失活，副產(chǎn)品也多[9]。王博等[10]研制的FS-517型催化在溫度為200 ℃時(shí)氣相催化R240fa合成R1233zd(E)時(shí)的選擇性和活性較高，在催化劑連續(xù)催化200 h時(shí)，R1233zd(E)的轉(zhuǎn)化率和選擇性仍大于90%。這一研究克服了現(xiàn)有技術(shù)轉(zhuǎn)化率低、催化劑失活的問(wèn)題。

2.2 以R240fa聯(lián)合生產(chǎn)R245fa、R1233zd(E)和R1234ze(E)

根據(jù)霍尼韋爾國(guó)際公司專利[11]報(bào)道，聯(lián)合生產(chǎn)R245fa、R1233zd(E)和R1234ze(E)的方法分為3步：1）在氣相氟化催化或者在液相無(wú)催化劑或者液相催化劑的情況下，通過(guò)調(diào)節(jié)反應(yīng)的溫度、壓力及進(jìn)料速率和HF與R240fa的量完成對(duì)R1233zd(E)的最高選擇性；2）HF與R1233zd(E)在催化劑的作用下，在溫度20～50 ℃，壓力為0～0.7 MPa，催化劑為SbCl5，在液相反應(yīng)器中以選擇性及較高轉(zhuǎn)化率產(chǎn)生R245fa；3）液相中與苛性堿液接觸或者在氣相中催化劑進(jìn)行R245fa脫HF產(chǎn)生R1234ze(E)。該反應(yīng)第一步反應(yīng)產(chǎn)物的選擇性較高但產(chǎn)生的廢液少，后兩步反應(yīng)溫度低、壓力也較低，反應(yīng)易于控制，但是后兩步反應(yīng)為液相，對(duì)設(shè)備腐蝕比較大，產(chǎn)生的廢液也較多。

以R240fa為原料生產(chǎn)R1233zd(E)的方法公開(kāi)的文獻(xiàn)報(bào)道的最多，技術(shù)也最為成熟，也是最經(jīng)濟(jì)最有競(jìng)爭(zhēng)力的生產(chǎn)方法。

2.3 以R243fa為原料脫氯化氫法

以R243fa為原料脫氯化氫法生產(chǎn)R1233zd(E)的方法是指在高溫氣相的情況下或無(wú)機(jī)堿中脫HCl從而獲得R1233zd(E)。肖恒僑等[12]在體積為0.5 L帶有攪拌器的帶壓反應(yīng)釜中，以R243fa為原料，并加入濃度為30%的KOH，KOH與R243fa的摩爾配比為1:1，加入催化劑四丁基溴化銨0.01 mL，反應(yīng)過(guò)程把溫度控制在70～80 ℃，反應(yīng)3.5 h，體系壓力在0.2～0.5 MPa，R243fa的轉(zhuǎn)化率為88.7%，R1233zd(E)的產(chǎn)率為83.4。圖3所示為R243fa為原料脫HCl過(guò)程。

圖3 R243fa為原料脫HCl過(guò)程

3 R1233zd(E)的基本性質(zhì)研究

3.1 互溶性、安全性及環(huán)境特性

工質(zhì)的安全性、互溶性及環(huán)境特性對(duì)于制冷劑的研究很重要[13]，對(duì)此諸多學(xué)者進(jìn)行了研究。

關(guān)于R1233zd(E)潤(rùn)滑油互溶性，HULSE等[14]將等量的溶劑與油混合進(jìn)行混溶性測(cè)試，并進(jìn)行肉眼觀察，以查看土壤和R1233zd(E)是否保留在單相中，結(jié)果表明溶劑都是透明的，油已經(jīng)完全溶解在溶劑中。R1233zd(E)具有與某些氯化溶劑相似的混溶性，這些氯化溶劑確實(shí)是很好的溶劑。但是因?yàn)镽1233zd(E)中存在不飽和鍵，存在毒性和不穩(wěn)定性的問(wèn)題?；裟犴f爾公司報(bào)道R1233zd(E)的毒性測(cè)試目前已經(jīng)完成，它的允許暴漏限值（Permitted Exposure Limit，PEL）為300×10-6，R1233zd(E)已獲得美國(guó)環(huán)境保護(hù)署批準(zhǔn)，可以應(yīng)用于冰箱隔熱泡沫、建筑泡沫保溫及其他領(lǐng)域[15]。

3.2 熱物性研究

工質(zhì)的熱力學(xué)性質(zhì)在循環(huán)過(guò)程中非常重要，將新型工質(zhì)R1233zd(E)應(yīng)用于制冷、空調(diào)和熱泵等系統(tǒng)，首先要建立R1233zd(E)的熱力學(xué)狀態(tài)方程,但是公開(kāi)的文獻(xiàn)中很少包含R1233zd(E)熱力學(xué)性質(zhì)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。對(duì)單工質(zhì)的熱力學(xué)特性參數(shù)在制冷領(lǐng)域廣泛采用直接用亥姆霍茲（Helmholtz）能量表示的狀態(tài)方程、修改了的Benedict-Webb -Rubin(mBWR)狀態(tài)方程以及擴(kuò)大的對(duì)應(yīng)態(tài)模型這3種模型 。MONDéJAR等[16]較早對(duì)R1233zd(E)的p-ρ-T特性進(jìn)行了可靠的實(shí)驗(yàn)測(cè)量，在目前的工作中，在（215～444 K）的溫度范圍內(nèi)測(cè)量了611個(gè)p-ρ-T數(shù)據(jù)，壓力在0.3～24.1 MPa。這些數(shù)據(jù)包括臨界點(diǎn)附近的密度數(shù)據(jù)。在T=280 K和T=438 K之間測(cè)量了20種不同溫度下的蒸氣壓。在壓力高達(dá)2.1 MPa的情況下，沿著290 K和420 K之間的8個(gè)等溫線進(jìn)行了聲音測(cè)量。Helmholtz能量表示的狀態(tài)方程與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)相吻合。此外，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，包括其他作者報(bào)告的數(shù)據(jù)，與狀態(tài)方程進(jìn)行了比較。狀態(tài)方程的形式與NIST REFPROP數(shù)據(jù)庫(kù)兼容。

WANG等[17]利用分子動(dòng)力學(xué)模擬研究了R1233zd(E)在不同縮合狀態(tài)下的熱力學(xué)性質(zhì)和縮合過(guò)程。該方法經(jīng)過(guò)驗(yàn)證，可以有效預(yù)測(cè)R1233zd(E)的密度和熱容量。存在臨界時(shí)間，快速成核過(guò)程，并且在接近它的短時(shí)間內(nèi)發(fā)生密度的急劇增加。徑向分布函數(shù)的模擬結(jié)果表明，氣液相變化對(duì)分子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)沒(méi)有影響，但會(huì)導(dǎo)致分子的聚集。在相變過(guò)程中，范德華能量對(duì)潛在的能量變化貢獻(xiàn)最大。

HULSE等[14]對(duì)R1233zd(E)臨界參數(shù)進(jìn)行了測(cè)量，通過(guò)目視觀察在加熱和冷卻裝有R1233zd(E)的高壓玻璃管中汽化液彎液面的消失和再現(xiàn)，確定R1233zd(E)的臨界溫度。最初是高壓玻璃在試管中裝入一定量的脫氣R1233zd(E)。然后將管在油浴中加熱，直到觀察到氣液彎液面消失為止。如果這種消失發(fā)生在玻璃管中心的上方或下方，則準(zhǔn)備另一根具有改良質(zhì)量的管，直到當(dāng)氣液彎液面在管中間消失時(shí)，將與臨界密度相對(duì)應(yīng)的質(zhì)量裝入管中。臨界溫度確定為438.75 K。臨界壓力是由實(shí)測(cè)蒸氣壓數(shù)據(jù)外推到臨界溫度來(lái)確定的。從方程ln(p)=22.35-3161.9/T的臨界溫度和蒸汽壓的相關(guān)關(guān)系可以確定臨界壓力為3 772.1 kPa。并且采用毛細(xì)管上升法對(duì)R1233zd(E)的表面張力進(jìn)行了測(cè)量。

KONDOU等[18]采用為毛細(xì)管上升法對(duì)R1233zd(E)在270～360 K溫度范圍內(nèi)的表面張力進(jìn)行了測(cè)量，并用傳統(tǒng)制冷劑R134a和R245a對(duì)測(cè)量方法進(jìn)行了驗(yàn)證測(cè)量，實(shí)驗(yàn)裝置如圖2所示。測(cè)量結(jié)果與文獻(xiàn)[19-21]測(cè)量結(jié)果一致，提出了工質(zhì)在0.14 mN/m范圍內(nèi)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式。

圖4 實(shí)驗(yàn)裝置

有關(guān)R1233zd(E)密度的研究，目前呈現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)并不多，MONDéJAR等[16]對(duì)壓力為24.1 MPa、溫度為215～444 K以及TANAKA等[22]對(duì)壓力為10 MPa、溫度為328～443 K分別進(jìn)行了測(cè)試。此外，ROMEO等[23]使用商用振動(dòng)管密度計(jì)研究了溫度在273～333 K和壓力在1.0～30 MPa下R1234ze(Z)和R1233zd(E)的液體密度。

4 R1233zd(E)的應(yīng)用研究現(xiàn)狀

4.1 發(fā)泡劑

氨酯硬泡在保溫性能方面的優(yōu)勢(shì)極其顯著，在冰箱、冷藏運(yùn)輸、工業(yè)儲(chǔ)罐等方面有廣泛的應(yīng)用[24]。以R11為代表的第一代發(fā)泡劑為當(dāng)時(shí)的首選制冷劑，GWP和ODP都很高，對(duì)環(huán)境的影響很大，所以這類發(fā)泡劑在2010年被國(guó)際禁止使用了。第二代發(fā)泡劑R141b成為第一代發(fā)泡劑R11的替代品發(fā)泡劑，在低溫冷柜等方面受到了很廣泛的應(yīng)用，由于它是過(guò)渡性消耗臭氧層物質(zhì)替代品，所以2004年在發(fā)達(dá)國(guó)家被淘汰，我國(guó)近年來(lái)已經(jīng)減少了R141b的生產(chǎn)。伴隨生態(tài)可持續(xù)發(fā)展的要求，第三代發(fā)泡劑R245fa成為第二代發(fā)泡劑R141b的替代品，R245fa的ODP為0，GWP較高，雖然不會(huì)造成大氣臭氧層的破壞，但它的使用很容易產(chǎn)生溫室效應(yīng)。所以作為過(guò)渡性的環(huán)保型發(fā)泡劑在使用過(guò)程中也受到了限制[25-26]。在2016年，《蒙特利爾議定書(shū)》達(dá)成基加利修正案，明確了HFC類發(fā)泡劑的淘汰的削減時(shí)間表，到2045年削減80%[27]。

R1233zd(E)作為第四代發(fā)泡劑，可以替代R141b和R245fa。它在融入所需的環(huán)境特性時(shí)能夠保留著不可燃、不含揮發(fā)性有機(jī)化合物的特點(diǎn)，使氟碳發(fā)泡劑發(fā)揮著不同的作用，成為高性能硬質(zhì)泡沫絕緣應(yīng)用最好的選擇。如果在某些應(yīng)用中發(fā)泡劑可燃、成本較高時(shí)，R1233zd(E)成為最佳的選擇。R1233zd(E)的ODP為0，GWP非常低，并且不可燃，滿足高能效的要求，具有良好的發(fā)展前景。

4.2 有機(jī)朗肯循環(huán)（ORC）

有機(jī)朗肯循（Organic Rankine Cycle，ORC）環(huán)作為一種能源轉(zhuǎn)換技術(shù)，在太陽(yáng)能、生物質(zhì)能、地?zé)崮芗肮I(yè)余熱等方面優(yōu)勢(shì)顯著[28]，能有效回收低品位熱能，提高熱效率，所以受到廣泛的關(guān)注。

劉美麗等[29]通過(guò)建立仿真模型，對(duì)R123、R245fa、R600a和R1233zd(E)4種工質(zhì)在50 kW的有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)的運(yùn)行模擬計(jì)算，熱源溫度范圍在120～220 ℃，模擬了4種工質(zhì)的熱力特性、蒸發(fā)溫度、蒸發(fā)壓力、蒸發(fā)器出口過(guò)熱度對(duì)有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)熱效率的影響，模擬結(jié)果表明當(dāng)膨脹機(jī)入口溫度在100～150 ℃，R1233zd(E)的循環(huán)效率和換熱系數(shù)都比R245fa的高。卜憲標(biāo)等[30]對(duì)有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)建立了數(shù)學(xué)模型，這個(gè)模型是基于熱力學(xué)第一和第二定律，采用環(huán)保工質(zhì)R1233zd(E)模擬分析冷凝器及蒸發(fā)器的傳熱能力對(duì)有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)的影響。模擬結(jié)果表明，在系統(tǒng)正常運(yùn)行的條件下，適當(dāng)提高蒸發(fā)器和冷凝器的傳熱能力，有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)的熱力性能都有所提高。

近年來(lái)對(duì)有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)中制冷劑的替代進(jìn)行了大量的研究。MOLéS等[31]在低溫有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)中，對(duì)R233zd(E)和R245fa進(jìn)行理論計(jì)算分析，得出在相同的工況下R1233zd(E)的循環(huán)效率比R245fa高10.6%，但是泵功率比R245fa低10%～17%。劉政等[32]選取SES36、R1233zd(E)、R245fa、R123這4種工質(zhì)，針對(duì)90～200 ℃的低溫余熱有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)研究在不同的環(huán)境下基于熱力學(xué)效率、凈功率、系統(tǒng)不可逆損失及蒸發(fā)器出口工質(zhì)的可用勢(shì)熱力學(xué)性能進(jìn)行對(duì)比分析。結(jié)果表明，R1233zd(E)是R123和R245fa良好的替代品。EYERER等[33]通過(guò)對(duì)R1233zd(E)和R245fa在ORC系統(tǒng)中進(jìn)行試驗(yàn)對(duì)比分析，結(jié)果表明，在現(xiàn)有的ORC系統(tǒng)中利用工質(zhì)R1233zd(E)可以獲得更高的效率，比R245fa高6.92%。EYERER等[34]選用R1233zd(E)、R245fa和R1224yd(Z)這3種工質(zhì)研究它們?cè)贠RC系統(tǒng)中的運(yùn)行條件和性能，結(jié)果表明，在熱效率方面，與R245fa相比，R1233zd(E)的熱效率高2%，R245fa和R1224yd(Z)的熱效率在很寬的工作條件范圍內(nèi)均相等。

楊婧燁等[35]針對(duì)ORC循環(huán)系統(tǒng)建立了仿真模型，對(duì)R245fa和R1233zd(E)兩種工質(zhì)的性能參數(shù)在相同的工況下進(jìn)行對(duì)比，主要對(duì)比了蒸發(fā)溫度、泵功耗和循環(huán)效率。結(jié)果表明，R1233zd(E)的泵耗功相比R245fa減少了15.05%～17.02%，R1233zd(E)最高熱效率比R245fa高7.03%，而且零部件設(shè)計(jì)上可以用R245fa的系統(tǒng)部件，R1233zd(E)符合新型制冷劑替代的要求。YANG等[36]針對(duì)ORC循環(huán)系統(tǒng)，對(duì)R1233zd(E)作為R245fa的替代方案首先從熱力學(xué)分析，再對(duì)兩種制冷劑進(jìn)行試驗(yàn)對(duì)比，最后提出一種多目標(biāo)優(yōu)化方法。結(jié)果表明，R1233zd(E)的最大循環(huán)熱效率比R245fa高3.8%，R1233zd(E)最大輸出功率比R245fa提高了4.5%，基于目前的研究，R1233zd(E)被證明是R245fa的合適替代工質(zhì)。LONGO等[37]對(duì)低GWP工質(zhì)R600a、R1234ze(Z)、R245fa和R1233zd(E)進(jìn)行了熱力學(xué)和傳熱評(píng)估，在熱泵和ORC系統(tǒng)中，R1234ze(Z)的效率與R245fa的效率非常相似，而R1233zd(E)的效率高于R245fa，R600a的效率更低，所以R600a、R1234ze(Z)和R1233zd(E)可以在熱泵和ORC系統(tǒng)中替代R245fa工質(zhì)。

YANG等[38]通過(guò)分析了三種工質(zhì)R1234ze(Z)，R1233zd(E)和R336mzz(E)在微型ORC系統(tǒng)中替代R245fa的適用性，比較了系統(tǒng)的性能指標(biāo)，包括循環(huán)熱效率、凈功率輸出傳熱性能及泵功。結(jié)果表明，在整個(gè)工作條件范圍內(nèi)，最大循環(huán)熱效率R245fa為4.6%，R1234ze(Z)，R1233zd(E)和R1336mzz(E)的分別為4.7%、4.5%和3.1%。證明R1233zd(E)可以在有機(jī)朗肯循環(huán)中替代R245fa。

R1233zd(E)除了在有機(jī)朗肯循環(huán)中很好的替代R245fa外，有研究學(xué)者提出它可以在離心式冷水機(jī)組中替代傳統(tǒng)的工質(zhì)。薛芳等[39]提出將R1233zd(E)應(yīng)用于離心式冷水機(jī)組替代R123和R134a等，從壓縮機(jī)的氣動(dòng)設(shè)計(jì)優(yōu)化、配置優(yōu)化、磁浮軸承新技術(shù)的應(yīng)用及換熱器和吸排氣管路的優(yōu)化等進(jìn)行研究，在新設(shè)計(jì)的離心式冷水機(jī)組上，使用R1233zd(E)具有明顯的優(yōu)勢(shì)。王林忠等[40]對(duì)R1233zd(E)在冷水機(jī)組中從熱力學(xué)特性、流動(dòng)換熱特性和制冷循環(huán)性能等進(jìn)行了分析，得出R1233zd(E)在離心式冷水機(jī)組方面具有較好的應(yīng)用前景，是正加速淘汰的R123和面臨削減的R245fa的替代物。

4.3 傳輸特性的研究現(xiàn)狀

制冷工質(zhì)在圓管內(nèi)或在通道內(nèi)流動(dòng)并不是簡(jiǎn)單的流動(dòng)，而是帶有相變的特別復(fù)雜的傳熱過(guò)程，是制冷換熱器最為常見(jiàn)的一類換熱形式。當(dāng)出現(xiàn)一代新工質(zhì)，對(duì)于管內(nèi)兩相流動(dòng)的換熱流動(dòng)問(wèn)題都成為研究的熱點(diǎn)問(wèn)題。研究者對(duì)于兩相流動(dòng)換熱與壓降的不斷研究，在這方面有了更加深入的認(rèn)識(shí)，并獲得了一些經(jīng)驗(yàn)公式，為更加進(jìn)一步優(yōu)化制冷換熱器提供了可靠的依據(jù)，但是這些經(jīng)驗(yàn)公式并不一定能用于各種新工質(zhì)，所以對(duì)于新型環(huán)保工質(zhì)R1233zd(E)管內(nèi)流動(dòng)換熱的研究，以及獲得可靠的傳輸特性成為研究的熱點(diǎn)。

目前應(yīng)用的換熱器大多都是水平光管，因成本低、制造工藝簡(jiǎn)單，在新工質(zhì)的替代中可能被廣泛的應(yīng)用。作為新型環(huán)保工質(zhì)R1233zd(E)應(yīng)用于換熱器的換熱特性的公開(kāi)文獻(xiàn)較少。武永強(qiáng)等[41]針對(duì)制冷劑R1233zd(E)和R123，在飽和溫度36.1 ℃，冷凝水流速2.12、2.59和2.90 m/s的工況下，對(duì)水平管和強(qiáng)化管的管外冷凝換熱表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)進(jìn)行研究測(cè)試。測(cè)試結(jié)果為R1233zd(E)的光管管外冷凝換熱表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)比R123的高6%～16%，R1233zd(E)的強(qiáng)化管管外冷凝換熱表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)比R123的高19%～21%；采用強(qiáng)化管時(shí)R1233zd(E)的管外換熱表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)是光管的10.8倍。R1233zd(E)可作為R123的替代制冷劑。程啟康等[42]對(duì)R1233zd(E)和R123的換熱性能進(jìn)行了對(duì)比的實(shí)驗(yàn)。管內(nèi)側(cè)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)采用Wilson Plot方法分離，管外側(cè)的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)通過(guò)總傳熱系數(shù)和分離出的管內(nèi)側(cè)的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)計(jì)算得出。在測(cè)試的熱流密度范圍內(nèi)，R1233zd(E)的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)略高于R123。NAGATA等[43]采用R134a、R1234ze(E)、R245fa、R1234ze(Z)和R1233zd(E)，實(shí)驗(yàn)研究了外徑為19.12mm的水平光管外工質(zhì)池沸騰換熱表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，得出HFO-1234ze(E)的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)比HFC-134a低，R1234ze(Z)、R245fa和R1233zd(E)的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)比R1234ze(E)及R134a更低。LILLOI等[44]提出了R1233zd(E)在6 mm圓管中的的沸騰換熱，質(zhì)量通量范圍為 147～300 kg/(m2·s)，熱通量范圍為2.4～40.9 kW/m2，飽和溫度在24.2～65.2 ℃，因此探索了一個(gè)范圍廣泛的低還原壓范圍為0.036～0.125。討論了所有的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)趨勢(shì)，并對(duì)文獻(xiàn)中的一些可用相關(guān)性進(jìn)行了評(píng)估。得出當(dāng)熱流密度小于20 kW/m2，飽和溫度低于40 ℃時(shí)，熱流密度對(duì)傳熱的貢獻(xiàn)最大。在大于飽和溫度65 ℃時(shí)，對(duì)于大于20 kW/m2，在質(zhì)量流量為300 kg/m2時(shí)，似乎會(huì)觸發(fā)強(qiáng)形核沸騰，在此條件下，隨著熱通量的增加，底部的傳熱系數(shù)趨勢(shì)逐漸與蒸氣質(zhì)量無(wú)關(guān)。在大的蒸氣質(zhì)量下，當(dāng)對(duì)流貢獻(xiàn)顯著時(shí)，與蒸氣密度增加相對(duì)應(yīng)的速度降低對(duì)傳熱性能不利。

此外，多微通道蒸發(fā)器中的流動(dòng)沸騰也是一種很有前途的散熱方式。對(duì)于多通道的流動(dòng)沸騰研究也是熱點(diǎn)問(wèn)題。HUANG等[45]采用新型環(huán)保工質(zhì)R1233zd(E)對(duì)多微通道蒸發(fā)器的流動(dòng)沸騰壓降和傳熱進(jìn)行了研究，進(jìn)一步深入了解多微通道蒸發(fā)器中飽和流動(dòng)沸騰的機(jī)理。

4 結(jié)論

本文從R1233zd(E)的制備、熱物性研究和應(yīng)用研究等方面闡述了R1233zd(E)的研究進(jìn)展，得出如下結(jié)論：

1）R1233zd(E)作為一種零ODP和極低的GWP的環(huán)保工質(zhì)，它的制備方法研究比較充分，制備方法的環(huán)保高效是研究的重點(diǎn)；

2）目前研究多集中在R1233zd(E)在安全性、環(huán)境特性及熱物性，在熱物性方面的研究很充分；

3）國(guó)內(nèi)外對(duì)新型環(huán)保工質(zhì)R1233zd(E)在有機(jī)朗肯循環(huán)、冷水機(jī)組及傳輸性能等方面的研究95%以上集中在實(shí)驗(yàn)研究，在實(shí)際循環(huán)中的廣泛使用較少，缺乏充足的數(shù)據(jù)，還需要大量的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。