低GWP可燃制冷剂燃爆惰化的理论和实验研究

论文摘要

环境友好型HC和HFC类制冷剂具有良好的热工性能,有关其作为替代制冷剂的研究越来越多。但由于大多工质具有可燃性,克服其可燃性产生的不安全隐患是制冷剂替代物研究的一个重要课题。本文对可燃混合制冷剂的燃爆惰化理论进行了深入分析,并对低GWP可燃混合制冷剂爆炸极限进行了实验研究。首先,本文对可燃气体燃烧的链锁反应理论和爆炸极限理论进行了分析,并给出了含有可燃制冷剂系统的危险评估参数,包括火焰传播速度、点火能的大小、可燃制冷剂充灌量和系统的最小运行空间等。在此基础上,阐述了危险评估参数对可燃制冷剂安全使用的影响。其次,本文分析了卤素阻燃剂的阻燃机理,包括化学抑制和物理抑制两种机理。此外,利用基团贡献法分析了HFC类阻燃剂对火焰传播的抑制效率,提出了一个基于火焰传播速度的最小惰化浓度估算公式。并对R134a、R245fa、R125阻燃剂的惰化浓度进行了估算,结果显示这几种阻燃剂对可燃制冷剂的抑制效果依次增强。最后,估算了三元混合物A/B/C的可燃浓度区间和临界抑爆浓度,估算结果为爆炸极限的实验测定提供参考依据,并选取多种二元和三元混合可燃制冷剂进行爆炸极限惰化实验研究。通过实验,得到大量混合物的爆炸极限实验数据,为可燃混合制冷剂的安全使用提供了实验依据。二元混合物爆炸极限实验结果表明:在可燃制冷剂中加入阻燃剂,提高了混合物的爆炸下限,缩小了混合物的爆炸极限范围;阻燃剂对纯质可燃制冷剂爆炸上限的抑制效果较爆炸下限明显,即爆炸上限下降很快,而爆炸下限提高较慢;阻燃剂对可燃制冷剂存在一个最小惰化浓度,当阻燃剂浓度超过最小惰化浓度时,混合物可燃制冷剂被惰化为不可燃工质,可安全使用。三元混合物的爆炸极限结果表明:混合物中B对混合物可燃性贡献比A要大,B的浓度越高,惰化为不可燃物时需要阻燃剂浓度越高,当混合物中初始B组元超过一定浓度时,阻燃剂将不能将其惰化为不可燃混合物。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 臭氧消耗及相关协定
• 1.1.2 温室效益及相关协定
• 1.1.3 替代工质存在的问题和发展趋势
• 1.2 可燃制冷剂爆炸极限的研究现状
• 1.2.1 可燃制冷剂爆炸极限的实验研究进展
• 1.2.2 可燃制冷剂爆炸极限的估算研究进展
• 1.3 课题的目的和意义
• 1.4 本文主要研究内容
• 第二章 可燃制冷剂燃烧爆炸危险表征参数的研究
• 2.1 可燃制冷剂燃烧爆炸极限
• 2.1.1 可燃气体燃烧的链锁反应理论
• 2.1.2 可燃气体爆炸极限理论
• 2.2 可燃制冷剂火焰燃烧传播速度
• 2.2.1 层流火焰传播机理
• 2.2.2 层流火焰传播速度影响因素
• 2.3 可燃制冷剂燃爆的点火条件
• 2.3.1 最小点火能
• 2.3.2 点火能对可燃制冷剂爆炸极限测定的影响
• 2.4 可燃制冷剂的充灌量
• 2.4.1 制冷系统制冷剂充灌量的计算
• 2.4.2 可燃制冷剂最大充注量与燃爆下限
• 2.5 可燃制冷剂系统的最小运行空间
• 2.5.1 最小运行空间的定义
• 2.5.2 最小运行空间与爆炸极限的关系
• 2.6 本章小结
• 第三章 可燃制冷剂的燃烧抑制机理和燃爆极限的预测分析
• 3.1 可燃制冷剂的燃烧爆炸抑制机理
• 3.1.1 阻燃剂的作用机理
• 3.1.2 卤素阻燃剂对可燃制冷剂燃烧爆炸的抑制
• 3.1.3 阻燃剂的选用
• 3.2 可燃制冷剂的最小惰化浓度
• 3.2.1 基团贡献法原理
• 3.2.2 基团贡献法基本组成部分
• 3.2.3 阻燃抑制系数的推算
• 3.2.4 最小惰化浓度的推算
• 3.3 可燃制冷剂燃爆极限的估算
• 3.3.1 纯质可燃制冷剂的估算
• 3.3.2 混合可燃制冷剂的估算
• 3.4 本章小结
• 第四章 可燃制冷剂燃爆极限与惰化实验研究
• 4.1 爆炸极限和惰化浓度测试装置
• 4.1.1 实验装置简介
• 4.1.2 实验步骤
• 4.1.3 实验装置的误差分析
• 4.2 低GWP可燃制冷剂爆炸极限的实验研究与结果分析
• 4.2.1 实验装置的标定
• 4.2.2 单质可燃制冷剂爆炸极限
• 4.2.3 二元混合制冷剂爆炸极限
• 4.2.4 三元混合制冷剂爆炸极限
• 4.2.5 爆炸极限实验结果分析
• 4.3 本章小结
• 第五章 结论与建议
• 5.1 结论
• 5.2 今后工作建议
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢