近年来，随着全球变暖问题的日益严重，温室气体（GHG）排放对气候和生态系统的影响愈发显著。制冷剂作为重要的温室气体来源之一，受到广泛关注。R134a（1,1,1,2-四氟乙烷）是移动空调系统中广泛使用的制冷剂，具有零臭氧消耗潜力（ODP）和无毒、不可燃的特点。然而，其全球变暖潜力（GWP）高达1430，这使得它在环境政策中受到限制。2011年，欧盟通过了《含氟气体法规》，对高全球变暖潜力的产品进行了管控。自2017年起，R134a的使用也被逐步限制，任何GWP超过150的制冷剂将被逐步淘汰用于汽车空调系统。因此，寻找能够替代R134a的新型制冷剂成为全球汽车空调行业研究的热点。
R1234yf（2,3,3,3-四氟丙烯）因其零ODP和低GWP（仅4）而被认为是R134a的潜在替代品。然而，尽管其环保特性优越，R1234yf在大气中会产生显著更多的三氟乙酸（TFA），这对其环境影响构成了潜在威胁。此外，其制冷性能相较于R134a有所下降，这在一定程度上限制了其应用。相比之下，R1234ze(E)（反式-1,3,3,3-四氟丙烯）属于HFO类制冷剂，具有零ODP和极低的GWP（小于1），被ASHRAE分类为A2L，意味着它是一种轻微可燃的物质。这种制冷剂因其环保特性和相对较低的可燃性，被认为是未来替代传统制冷剂的最有前景的选项之一。虽然R1234ze(E)的制冷性能略低于R134a，但通过技术改进如增加内部热交换器和优化压缩机，可以显著提升其性能。
R290（丙烷）作为一种天然制冷剂，具有零ODP和较低的GWP（仅3.3）。与R134a相比，R290的制冷能力更高，单位体积的制冷能力也更优。此外，R290价格低廉且市场供应相对稳定。W. I. Mazyan团队的研究表明，将R290引入R744（二氧化碳）制冷系统可以提高系统的能效系数（COP）7%至9%。然而，R290属于ASHRAE A3分类，意味着其具有可燃性和爆炸性，因此在实际应用中对其充注量有严格限制，这在一定程度上影响了其广泛应用的可能性。R744作为一种环保且无毒的制冷剂，其ODP为零，GWP为1，被ASHRAE归类为A1。R744在热泵系统中表现出良好的加热性能，尤其是在低温条件下。然而，其较低的临界温度导致大多数R744制冷系统必须运行在跨临界循环中，并且需要较高的工作压力，这对其应用提出了挑战。
为了克服单一制冷剂存在的缺陷，研究者们开始探索混合制冷剂的应用。特别是，将R744与R290或其他低GWP、低可燃性的制冷剂混合，以提高系统的性能并降低运行压力。Zhang等人研究了R744与R290的混合物，以降低热排压力并确定最佳的R744质量分数。Feng等人测量了R744/R290二元混合物的225个pρTx数据点，涵盖了两种不同的R744摩尔比，温度范围为320 K至400 K，最大压力可达7784 kPa。Zhang等人还计算了R744/R290混合物在自循环制冷循环中的气液相平衡特性。
在R290和R1234ze(E)的混合物研究方面，Petersen等人利用R744/R1234ze(E)混合物改进了热泵系统的性能，降低了临界压力并提高了临界温度。Yao等人测量了R744/R1234ze(E)二元混合物的临界特性，而Zhou等人分析了R744/R1234ze(E)混合物在空气源热泵（ASHP）系统中的应用性能，用于生产家庭热水。此外，Dong等人通过循环法测量了R1234ze(E)与R290的二元混合物的气液相平衡数据，并利用Peng-Robinson（PR）方程与Huron-Vidal（HV）混合规则结合非随机两液（NRTL）活度系数模型对实验数据进行了关联。Zhang等人使用紧凑型单沉降密度计测量了R1234ze(E)与R290二元混合物在不同温度和摩尔比下的饱和液体密度和泡点压力。Cao等人测量了R290/R1234ze(E)混合物在不同质量比下的PVT特性，温度范围为260.15 K至320.15 K。Wang等人利用REFPROP 9.1软件计算了R290/R1234ze(E)近共沸混合物的热力学和热物理性质，分析了其在替代R22中的可行性。Sheng等人利用绝热批量热量计测量了R1234ze(E)/R290混合物在不同温度下的密度和等容比热容数据，并通过经验公式对实验数据进行了关联。Day等人结合Helmholtz方程与混合规则对R1234ze(E)/R290混合物的气液平衡数据进行了关联，并建立了热力学性质的计算模型。Liang等人对R290/R1234ze(E)二元混合物在新型有机朗肯循环（ORC）和喷射膨胀制冷循环（EERC）系统中的热力学和经济性进行了分析。Tang等人利用金属波纹体积装置测量了R290与R1234ze(E)混合物的临界特性。Padmavathy等人研究了R290/R1234ze(E)（质量比为50:50和60:40）混合物在窗式空调系统中的能量和熵性能，以替代高GWP物质如R410A和R22。
在三元混合物方面，R744/R32/R1234ze(E)被提出作为R410A和R32的潜在替代品，以提高热泵循环的性能。Kondo等人研究了R744/R32/R1234ze(E)三元混合物在水平微鳍管中的传热特性。Fukuda等人通过实验研究了R744/R32/R1234ze(E)三元混合物在热泵循环中的能效系数。Hou等人研究了基于R744/R290/R32三元混合物的封闭循环热泵干燥系统的跨临界循环性能。Fan等人通过实验研究了R1234ze(E)/R290/R134a三元混合物的可燃性，分析了R134a在高温条件下的阻燃剂对R1234ze(E)和R290混合物可燃性的影响。
综上所述，R1234ze(E)/R290、R744/R1234ze(E)和R290/R744等二元混合制冷剂已经得到了广泛研究和认可。为了进一步替代HFC制冷剂、降低高工作压力并提升制冷系统的性能，R290/R744/R1234ze(E)三元混合制冷剂被提出。然而，目前针对其pρTx特性的实验研究尚未进行，这对于其在新型制冷系统中的进一步应用至关重要。作为基础研究的一部分，本研究通过Burnett等温膨胀法对R290/R744/R1234ze(E)三元非共沸混合物的气体pρTx特性进行了实验测量。实验的温度范围为270 K至320 K，压力范围为115 kPa至1861 kPa。实验系统的标准不确定度被评估为：温度不确定度为8.1 mK，压力不确定度为1.7 kPa，质量分数不确定度为0.006。实验测得的密度相对标准不确定度为0.006。实验结果通过维里方程状态方程（EOS）进行关联，且拟合的维里方程能够很好地预测实验压力，相对偏差在±1.0%以内。该研究为未来新型混合制冷剂的开发提供了重要的热力学数据支持。
Burnett等温膨胀法是一种高精度的pρTx实验方法，经过Burnett的提出和众多研究者的优化，已变得更加可靠。该实验系统主要由两个高压容器组成：主容器和膨胀容器。主容器的内部体积为728 mL，而膨胀容器的内部体积则根据实验需求进行设计。通过这种方法，研究者能够准确测量混合制冷剂在不同温度和压力下的密度、压力和体积等参数，从而全面了解其热力学行为。为了确保实验数据的准确性，本研究还对体积常数N进行了校准。体积常数N的校准采用了高稳定性和低反应性的惰性气体氦气作为标准物质。由于实验容器由高强度不锈钢制成，且温度波动较小，因此可以合理地假设容器体积为恒定值。通过结合实验获得的恒温膨胀压力值与公式（2），研究者能够准确计算出体积常数N。
在实验过程中，为了保证数据的可靠性，研究者对实验系统的各个部分进行了详细校准和优化。例如，温度和压力传感器的精度和稳定性被严格控制，以确保测量结果的准确性。此外，实验过程中采用的测量方法和设备也经过多次验证，以确保其在不同工况下的适用性。这些措施有助于提高实验数据的可信度，并为后续的热力学分析提供坚实的基础。实验结果的处理和分析同样至关重要，通过合理选择关联模型和优化参数，研究者能够准确描述混合制冷剂的热力学行为。本研究采用维里方程对实验数据进行了关联，并成功拟合了R290/R744/R1234ze(E)三元混合物的维里系数。拟合的维里方程能够很好地预测实验压力，其相对偏差在±1.0%以内，这表明该模型在描述混合制冷剂的热力学行为方面具有较高的准确性。
此外，本研究还对六种不同质量比的R290/R744/R1234ze(E)三元混合物进行了实验测量。这些质量比分别为60%/20%/20%、40%/20%/40%、20%/20%/60%、60%/10%/30%、40%/10%/50%和20%/10%/70%。通过这些不同比例的混合物实验，研究者能够全面了解R290、R744和R1234ze(E)之间的相互作用及其对热力学性质的影响。实验数据的获取不仅有助于建立准确的热力学模型，还为混合制冷剂的实际应用提供了重要的参考依据。
本研究的实验结果具有重要的实际意义。首先，它为新型混合制冷剂的开发提供了基础数据支持。随着环保法规的日益严格，开发低GWP、低可燃性和高能效的制冷剂成为行业发展的必然趋势。R290/R744/R1234ze(E)三元混合物在这些方面表现出良好的潜力，但其热力学特性尚未被充分研究。通过本研究的实验测量和维里方程拟合，研究者能够更准确地预测其在不同工况下的性能，从而为实际应用提供理论依据。其次，本研究的实验数据可以用于优化制冷系统的运行参数，提高系统的能效和稳定性。例如，在热泵系统中，了解混合制冷剂的pρTx特性有助于设计更高效的压缩机和热交换器，从而降低能耗并提高系统整体性能。此外，实验数据还可以用于开发新的制冷技术，如喷射膨胀制冷循环和有机朗肯循环，这些技术在低温热源利用方面具有重要应用价值。
从环保角度来看，R290/R744/R1234ze(E)三元混合物的开发具有重要意义。R290作为天然制冷剂，具有较低的环境影响，但其可燃性限制了其广泛应用。R744作为无毒、无臭氧消耗潜力的制冷剂，具有良好的热物理性能，但其较低的临界温度导致需要在跨临界循环中运行，这在一定程度上增加了系统的复杂性和运行成本。R1234ze(E)则因其低GWP和较低的可燃性成为一种理想的替代品，但其制冷性能相较于R134a仍有待提升。通过将这三种制冷剂混合，研究者希望能够兼顾环保性、能效和安全性，从而开发出一种适用于多种应用场景的新型混合制冷剂。本研究的实验数据和模型拟合结果为这一目标提供了重要的支持。
从技术角度来看，本研究的实验方法和数据处理过程具有较高的科学价值。Burnett等温膨胀法作为一种经典的pρTx测量方法，其精度和可靠性得到了广泛认可。通过优化实验系统和严格控制测量误差，研究者能够获得高质量的实验数据，从而提高模型拟合的准确性。此外，维里方程作为一种描述真实气体行为的有效工具，其在混合制冷剂中的应用能够提供更精确的热力学预测。本研究通过实验数据对维里方程进行拟合，不仅验证了该方程在描述混合制冷剂热力学行为方面的适用性，还为后续研究提供了参考模型。这些成果对于推动制冷技术的可持续发展具有重要意义。
在实际应用方面，R290/R744/R1234ze(E)三元混合物的开发可能带来一系列技术挑战。例如，如何在不同工况下保持系统的稳定性和安全性，如何优化混合比例以达到最佳性能，以及如何设计适用于该混合物的制冷设备和系统。这些问题需要进一步的研究和探索。此外，由于R290的可燃性，混合物的使用可能需要特殊的防护措施和安全规范，以确保其在实际应用中的安全性和可行性。因此，本研究的实验数据和模型拟合结果不仅为理论研究提供了支持，也为实际工程应用提供了重要的指导意义。
综上所述，本研究通过实验测量和模型拟合，系统地探讨了R290/R744/R1234ze(E)三元混合制冷剂的气体pρTx特性。研究结果表明，该混合物在不同温度和压力下的热力学行为可以通过维里方程进行准确描述，且模型预测结果与实验数据之间的相对偏差控制在±1.0%以内。这些数据为未来新型混合制冷剂的开发提供了重要的理论依据和实验支持，同时也为制冷系统的优化设计和实际应用提供了科学指导。随着环保法规的日益严格和制冷技术的不断发展，混合制冷剂的研究和应用将成为制冷行业的重要方向。本研究的成果有望为这一领域的发展做出积极贡献。
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