轴流式涡轮叶片的冷却方式工质的临界点和冰点

导读临界点：流体由一种状态转变成另一种状态的条件。如气体在某一温度时﹐当稍许加压就能转化为液体，稍许降压又能转化为气体﹐这种温度和压力即为该气体的临界点。如下图....

临界点：流体由一种状态转变成另一种状态的条件。如气体在某一温度时﹐当稍许加压就能转化为液体，稍许降压又能转化为气体﹐这种温度和压力即为该气体的临界点。如下图一的示意图所示。

图一：工质气体临界点形象示意图

对于喙轮发动机，工质临界点的意义在于：

1. 处于临界点的气体的汽化潜热或液化潜热均为零，即喙轮发动机所适用的工质的蒸发温度必须低于其临界点的临界温度。

2. 当临界压力不变时，气体提高温度后就称之为“过热气体”，在临界点以上的过热气体，如果做功后温度仍然高于临界点温度，则不能被液化，也没有可释放的液化潜热。

3. 如果要对处于临界点以上或已经蒸发汽化后的气体进行过热加热，其换热器技术或锅炉技术均是“气→气”之间的热交换技术，其换热效率较低，无形中增加了发动机系统的成本。所以，在一般情况下，喙轮发动机不需要对蒸汽进行过热处理。

4. 一般深冷工质（R116、R14和R728等）在常温条件下（非工作状态时）均超过了其临界点的参数，均为过热气体，即深冷工质的喙轮发动机系统的设计压力均按临界压力设计。

5. 其余相对高温的有机质工质（R245fa、R134a等）的喙轮发动机系统，如果蒸发温度小于60℃时，其设计压力均按60℃太阳暴晒时的压力设计。

6. 对于深冷工质特别是R14或R728等工质，喙轮发动机在启动时的“预冷”过程中，都有越过工质的临界点的时间段，这时无论工质是气态还是液态其密度都很大，所以要尽可能地缩短在该区间的运行时间，以免对压缩机造成较大的超负荷损伤。

7. 对于深冷工质特别是R14或R728等工质，喙轮发动机启动时，对于盘管式蒸发器系统不应开风机，也可以使用“旁通”将盘管蒸发器短路；对于满液式蒸发器及其预热器系统，要尽可能地减小水侧流量，只要水侧不结冰即可，或使用“旁通”将蒸发器和预热器短路。以避免工质在较长时间内处于其临界点状态。

以下是喙轮发动机常用工质的临界点参数：

R718（水）的临界点为：临界温度：373.946℃；临界压力：22.064MPa；

R245fa（五氟丙烷）的临界点为：临界温度：154.01℃；临界压力：3.651MPa；

R134a（四氟乙烷）的临界点为：临界温度：101.06℃；临界压力：4.05928MPa；

R116（六氟乙烷）的临界点为：临界温度：19.88℃；临界压力：3.048MPa；

R14（四氟化碳）的临界点为：临界温度：-45.64℃；临界压力：3.75MPa；

R728（液氮）的临界点为：临界温度：-146.958℃；临界压力：3.3958MPa；

燃气，其中的氮气、氧气和二氧化碳气体等气体组分，在0℃以上均处于过热状态，均高于临界点，其中的水蒸气的临界点同R718。

所有气体或液体都会“结冰”，只是不同的介质的冰点或三相点的温度不同而已。

冰点：是人们对“结冰”这一自然现象的通俗叫法，是指流体由气态或液体转化成固态时的温度和压力的数值。它的学名叫“三相点”。

三相点：是指在热力学上，可使一种物质三相(气相，液相，固相)共存的一个温度和压力值。如下图二的示意图所示。

图二：喙轮发动机工质三相点示意图

对于喙轮发动机，流体的三相点的意义在于：工质通过做功释放能量后的最低温度必须高于三相点的温度，最高压力必须低于三相点的压力，否则，工质就会在喙轮发动机内部结冰，进而损坏发动机。

以下是喙轮发动机常用工质的三相点参数：

R718（水）的三相点为：三相点温度：0.01℃；三相点压力：0.612KPa；

R245fa（五氟丙烷）的三相点为：三相点温度：-102.1℃；三相点压力：0.015KPa；

R134a（四氟乙烷）的三相点为：三相点温度：-103.3℃；三相点压力：0.390KPa；

R116（六氟乙烷）的三相点为：三相点温度：-100.05℃；三相点压力：26.100KPa；

R14（四氟化碳）的三相点为：三相点温度：-153.1℃；三相点压力：11.400KPa；

R728（液氮）的三相点为：三相点温度：-209.999℃；三相点压力：12.500KPa；

燃气，其中的氮气、氧气和二氧化碳气体等气体组分，在0℃以上均处于过热状态，不会到达三相点，其中的水蒸气的三相点同R718。

以上所述三相点只是一个基本理论概念，在进行喙轮发动机的设计或调试时，必须根据实际排气压力查阅相应的三相点温度，以避免在喙轮发动机内部造成“结冰”现象，进而损坏发动机。

注：本文所述压力或压强均为绝对压力或绝对压强。