تُعد مخاليط وسائط التبريد الثنائية المحتوية على مركب 2،3،3،3-رباعي فلورو بروب-1-ين بدائل ممتازة لوسائط التبريد التقليدية، لما تتمتع به من خصائص واعدة تجعلها مرشحة للانتشار في أنظمة التبريد الحديثة، وتوجد روابط هيدروجينية ضعيفة في مركبات الهيدروفلوروكربون والهيدروفلوروأوليفين التي تنتمي إليها هذه الموائع، غير أن عددًا من مخاليط وسائط التبريد الثنائية المنشورة حديثًا لم تحظَ بأي دراسة لحساب توازن البخار والسائل تأخذ في الاعتبار ترابطات الروابط الهيدروجينية، وهو ما يترك فجوة في الأساس الحسابي اللازم للتنبؤ الدقيق بالخصائص الحرارية لهذه المخاليط وتصميم الأنظمة العاملة بها
أولًا: أهداف الدراسة ومنهجيتها
هدفت هذه الدراسة العددية إلى حساب الخصائص المشبعة لتسعة وسائط تبريد نقية باستخدام معادلة الحالة التكعيبية مضافًا إليها حد الترابط، مع أخذ ترابط الروابط الهيدروجينية في موائع وسائط التبريد في الاعتبار صراحة داخل النموذج، ثم امتد العمل إلى حساب توازن البخار والسائل لعشرة مخاليط ثنائية من وسائط التبريد المحتوية على المركب الأساس نفسه، باستخدام معادلة الحالة ذاتها مقترنة بقاعدة فان دير فالس للخلط، كما حللت الدراسة بيانات توازن البخار والسائل المستخرجة من الحسابات وناقشت مدى تكيف النموذج معها وقدرته على تمثيل سلوك هذه المخاليط تمثيلًا دقيقًا يقترب من القيم التجريبية
ثانيًا: أبرز النتائج
١- أظهرت حسابات الوسائط النقية التسعة أن متوسط الانحرافات النسبية لضغط البخار المشبع وكثافة الطور السائل وكثافة الطور البخاري جاء أقل من 1.0 في المئة و1.5 في المئة و3.5 في المئة على الترتيب، وهي نسب منخفضة تدل على دقة عالية في تمثيل الخصائص المشبعة
٢- بينت حسابات المخاليط الثنائية العشرة أن متوسط الانحرافات النسبية للكسور المولية في الطور السائل والطور البخاري جاء أقل من 1.0 في المئة و2.0 في المئة على الترتيب، بما يؤكد قدرة النموذج على التنبؤ الدقيق بتركيب الطورين عند حالة التوازن
٣- دلت النتائج على أن إدخال ترابط الروابط الهيدروجينية في معادلة الحالة يحسن تمثيل سلوك موائع وسائط التبريد التي تحتوي على روابط هيدروجينية ضعيفة، ويعالج قصورًا كان قائمًا في دراسات سابقة أهملت هذا الترابط رغم حضوره الفعلي في هذه الموائع
٤- أظهر تحليل بيانات توازن البخار والسائل ومناقشتها أن النموذج المعتمد متكيف بدرجة جيدة مع سلوك المخاليط المدروسة، وقادر على وصف خصائصها المشبعة وتوازن أطوارها ضمن حدود انحراف ضيقة ومقبولة
ثالثًا: دلالات الدراسة وتطبيقاتها
تحمل هذه النتائج دلالات عملية مهمة لتصميم أنظمة التبريد وتكييف الهواء الحديثة، فتوافر نموذج حسابي دقيق لتوازن البخار والسائل يتيح للباحثين والمصممين التنبؤ بسلوك المخاليط الجديدة قبل تصنيعها واختبارها ميدانيًا، ويختصر كلفة التجارب المعملية ووقتها، كما يدعم اختيار بدائل وسائط التبريد التقليدية الأكثر كفاءة والأقل ضررًا بالبيئة، ويعزز الأساس العلمي الذي تقوم عليه صناعة التبريد في بحثها عن موائع جديدة متوافقة مع المتطلبات البيئية المتنامية
ويكتسب هذا العمل أهميته من المكانة التي تحتلها مخاليط وسائط التبريد الجديدة في مستقبل صناعة التبريد، فاختيار مائع التشغيل في أجهزة التبريد والتكييف لا يقوم على الكفاءة الحرارية وحدها، بل على معرفة دقيقة بسلوك طوريه السائل والبخاري عند التشبع وحالة التوازن، وهي معرفة تتطلب نماذج حسابية تصف الخصائص المشبعة وتراكيب الطورين بدقة تسمح بالتصميم الآمن والاقتصادي، وقد ظل غياب دراسات حساب التوازن التي تراعي ترابط الروابط الهيدروجينية في هذه المخاليط يحد من الثقة في التنبؤات المتاحة، فجاءت هذه الدراسة لتسد الفجوة بمنهج حسابي متكامل يجمع بين الوسائط النقية والمخاليط الثنائية
وخلاصة القول إن معادلة الحالة التكعيبية مضافًا إليها حد الترابط، حين تأخذ في الحسبان ترابط الروابط الهيدروجينية وتُقرن بقاعدة فان دير فالس للخلط، تقدم أداة حسابية دقيقة لوصف الخصائص المشبعة لوسائط التبريد النقية وتوازن البخار والسائل في مخاليطها الثنائية القائمة على مركب 2،3،3،3-رباعي فلورو بروب-1-ين، بسويات انحراف منخفضة تشجع على اعتمادها في الدراسات والتطبيقات اللاحقة
