二氧化碳与二甲醚二元混合物临界参数测定及CO2 +烃类预测模型优化研究

本研究针对CO2 基二元混合物在动力循环中临界参数预测不精准的问题，采用变容视窗法测定CO2 +DME体系的临界温度（Tc ）和压力（Pc ），数据精度达0.5 K和0.03 MPa。通过对比PR EOS、MECP等模型，利用Redlich-Kister方程实现全组分拟合（平均偏差<0.37%），并优化MECP模型系数，显著提升CO2 +HC混合物临界性质预测能力，为新型环保工质设计提供关键数据支撑。

　　

随着全球对环保制冷剂需求的激增，二氧化碳(CO₂
)因其零臭氧破坏潜值(ODP)和低全球变暖潜值(GWP)成为研究热点。然而纯CO₂
较低的临界温度(304.22 K)和高临界压力(7.37 MPa)严重制约其在动力循环中的应用。通过配制CO₂
基二元混合物可有效解决这一难题——例如与二甲醚(DME)混合既能提升临界温度上限，又能降低系统泄漏风险。但现有研究多依赖汽液平衡(VLE)数据外推临界参数，缺乏直接实验验证，导致理论分析与工程应用间存在显著鸿沟。

为此，中国国家自然科学基金资助项目团队在《The Journal of Supercritical Fluids》发表重要成果。研究采用变容视窗法这一核心技术，通过蓝宝石视窗直接观测气液弯月面消失/重现现象确定临界点，结合气相色谱(GC)精确分析组分纯度，建立了CO₂
+DME体系全组分范围的临界参数数据库。研究同时引入Helmholtz能量状态方程(HEOS)和Redlich-Kister方程进行数据校验与拟合，并对Modified Extended Chueh-Prausnitz(MECP)模型系数进行迭代优化。

Materials部分
采用Agilent 7820A气相色谱仪对CO₂
和DME进行至少5次重复采样分析，确保原料纯度满足实验要求，为后续精确测量奠定基础。

Experimental results部分
在CO₂
摩尔分数0.1060-0.9042范围内，测得临界温度与压力扩展不确定度分别小于0.5 K和0.03 MPa。数据表明：临界温度随CO₂
含量增加单调递减，而临界压力呈现非单调变化，在特定组分比达到峰值。

Critical parameter models部分
通过对比Peng-Robinson方程(PR EOS)与MECP方法预测值，发现Redlich-Kister方程拟合效果最优，临界温度和压力的平均绝对相对偏差仅0.370%和0.252%，显著优于传统模型。

Discussions部分
研究首次揭示CO₂
+DME体系临界轨迹的连续变化规律，修正了先前基于VLE数据外推的理论偏差。特别值得注意的是，优化后的MECP模型对CO₂
+烃类混合物的预测精度提升显著。

这项研究不仅填补了环保工质基础物性数据的空白，其建立的模型优化方法更为新型混合工质开发提供了普适性研究范式。团队负责人Hua Tian强调，所得数据可直接应用于超临界动力循环系统设计，对实现"双碳"目标下的能源装备升级具有重要指导价值。未来研究可进一步拓展至其他CO₂
基多元混合物体系，推动环保制冷技术的迭代创新。