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独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果,除了文中特别加以标注和致谢之处外,论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果, 也不包含为获得 天津大学天津大学 或其他教育机构的学位或证 书而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名: 签字日期: 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解 天津大学天津大学 有关保留、使用学位论文的规定。 特授权 天津大学天津大学 可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索,并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 (保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名: 导师签名: 签字日期: 年 月 日 签字日期: 年 月 日 i 中文中文摘要摘要 鉴于当前紧迫的环境问题,国际社会对此越来越重视。随着之前有一定环境 危害性的制冷剂加速被淘汰, 开发使用新型环保制冷剂已成为全球制冷行业的紧 迫任务。根据新型环保制冷剂的要求,现可供选择的替代制冷剂有两类 hfcs 和 hcs,由于其具有很好的环境性能、良好的热力学性能和循环性能,其应用前景 被制冷界所看好。但由于部分 hfcs 和 hcs 制冷剂都具有可燃性,存在安全隐 患,限制了其推广使用。因此,有必要对新型环保可燃制冷剂的爆炸极限做更进 一步的实验研究分析,并且要求实验条件尽可能的与实际情况相符,以此正确指 导可燃制冷剂在实际生活中的生产和使用。 本文首先阐述了可燃物质的燃烧反应理论和爆炸理论, 指出燃烧与爆炸之间 的关系及反应机理。以此为基础,又对可燃制冷剂的爆炸极限进行了理论分析, 指出其存在的原因,并对影响爆炸极限的几种因素进行了简要的分析说明,为后 续的实验研究作理论铺垫。 根据相关国标要求并加以改进,自主设计搭建了一套由上位机自动控制、内 部环境温度可调的可燃气体爆炸极限测试系统。以此为基础对新型环保制冷剂 hfc161、hfc152a、hc1150 和 dme 在变温(-5、10、25、40和 55) 工况下的爆炸极限进行了实验研究和分析, 得到了爆炸极限随温度变化的定量关 系;并研究了阻燃制冷剂(hfc134a、hfc227ea)在三个不同温度(10、25 和 40)下对可燃制冷剂 hfc152a、m 和 dme 爆炸极限的影响,得到了二元 混合物爆炸极限与温度之间的关系,以及抑爆浓度比随温度变化的规律。 同时,为了解可燃制冷剂在实际使用中的不安全性,根据泄漏孔大小和空调 风速的不同,利用 fluent 软件分多种工况对充灌有 hfc32 的家用空调泄漏造 成的危险性进行了模拟, 根据泄漏后可燃气体的浓度分布来分析其发生燃烧的危 险区域。以此指导实际生活中如何注意防范可燃制冷剂的危险性。 关键词:关键词:环保制冷剂 爆炸极限 变温工况 阻燃剂 泄漏模拟 ii asbtract because of the urgent and serious problem of environment, the international community has paid more and more attention. as accelerate eliminated the former refrigerants those damage to environmental, its a pressing task to exploit and use new environmental-friendly refrigerant for the global refrigeration industry. there are two types of refrigerant can be chosen as the substitutes according to the requirements of environmental-friendly. as a result of better environmental performance, thermodynamic performance and cycle performance, many scholars believe that it will present an optimistic view of its application prospect. but many refrigerants of hfcs and hcs are flammable, the security risks that limit its spreading use. therefore, its necessary to do further experimental research and analysis of the explosive limit of the new environmental-friendly refrigerants. and make the experiment conditions possible to consistent with the actual situation, in order to properly guide the production and use of flammable refrigerants in real life. first, describe the theory of combustion reaction and explosion, and point out that the reaction mechanism and the relationship between the combustion and explosion. on this basis, the theory of explosive limit of the flammable refrigerants was analyzed. meanwhile, make a brief description of several factors that impact of the explosive limit. its theory foreshadowing for subsequent experiment research. in accordance with the relevant national standard requirements and improved, a testing device for testing explosive limit of combustible gas which automatically controlled by the host computer and ambient temperature can be adjusted was established. then based on it, a series of experiments were taken out about the explosive limit of hfc161、hfc152a、hc1150 and dme under the conditions of variable temperatures and draw the quantitative relationship between the explosive limit and temperature. meanwhile, make research on the impact of retardant refrigerants (hfc134a and hfc227ea) on the explosive limit of hfc152a, m and dme. obtain the relationship between the explosive limit of binary mixtures and temperature, as well as the rule of explosive suppression concentration ratio varies with temperature. meanwhile, in order to realize the insecurity of using flammable refrigerants in iii actual, a variety of situations that in line with different leak holes and wind speeds were simulated by the simulation software fluent to analyze the risk of leakage which from the home air conditioning that filling flammable refrigerant. then analyze the danger zone where maybe occur combustion according to the concentration distribution after the leakage. it makes a foundation to guide how to pay attention to prevent the risk of flammable refrigerants in real life. key words:environmental-friendly refrigerant, explosive limit, variable temperatures, flame retardant, leakage simulation 目 录 第一章 绪论. 1 1.1 研究背景 . 1 1.1.1 制冷剂概述. 1 1.1.2 制冷剂的发展历程. 1 1.1.3 臭氧层破坏及保护. 2 1.1.4 温室效应及防护. 4 1.2 可燃制冷剂爆炸极限的研究 . 5 1.2.1 替代工质. 5 1.2.2 可燃制冷剂爆炸极限研究现状. 6 1.3 课题的目的和意义 . 8 1.4 课题研究内容 . 8 第二章 燃爆特性理论. 10 2.1 燃烧反应理论 . 10 2.1.1 过氧化物理论. 10 2.1.2 链式反应理论. 11 2.2 爆炸理论 . 12 2.2.1 爆炸链式反应理论. 12 2.2.2 爆炸波理论. 12 2.3 可燃工质爆炸极限理论及影响因素分析 . 13 2.3.1 可燃制冷剂爆炸极限理论. 13 2.3.2 影响爆炸极限的因素. 13 2.4 本章小结 . 14 第三章 不同环境温度下可燃制冷剂爆炸极限的研究. 15 3.1 爆炸极限测试实验台 . 15 3.1.1 实验装置简介. 15 3.1.2 控制系统. 16 3.1.3 数据测量系统. 18 3.2 环境温度对可燃制冷剂爆炸极限影响的实验研究. 18 3.2.1 实验装置精度测试. 18 3.2.2 误差分析. 19 3.2.3 实验测试结果. 19 3.2.4 测试结果分析. 21 3.3 本章小结 . 23 第四章 变温工况下阻燃剂对可燃制冷剂爆炸极限影响的实验研究. 24 4.1 阻燃剂 . 24 4.1.1 阻燃剂的抑制机理. 24 4.1.2 阻燃剂的选用. 25 4.1.3 卤代烷对可燃制冷剂的抑制机理. 26 4.2 阻燃剂对可燃制冷剂爆炸极限的影响 . 28 4.2.1 实验结果. 28 4.2.2 结果分析. 31 4.3 本章小结 . 32 第五章 室内可燃制冷剂泄漏扩散规律的模拟研究. 33 5.1 制冷系统可燃制冷剂泄漏的喷射过程 . 33 5.2 应用 fluent 对可燃制冷剂泄漏过程的模拟 . 34 5.2.1 建立物理模型. 34 5.2.2 模拟计算. 35 5.2.3 模拟结果. 35 5.2.4 仿真结果分析. 39 5.3 本章小结 . 40 第六章 结论与建议. 42 6.1 结论 . 42 6.2 建议 . 43 参考文献. 44 发表论文和参加科研情况说明. 48 致 谢. 49 第一章 绪论 1 第一章 绪论 1.1 研究背景 1.1.1 制冷剂概述 制冷剂,又称制冷工质或冷媒,是制冷机中的工作介质,通过自身热力状态 的变化与外界发生能量交换,从而达到制冷的目的。液体蒸发式制冷机中,制冷 剂在蒸发器内从被冷却对象中吸取热量蒸发气化; 再由压缩机将它压缩成高温高 压的气体,在冷凝器内将热量传递给周围介质(水或空气)凝结,制冷剂本身由 蒸气变为液体。 随着人们对生态环境认识的加深,传统制冷剂在环境方面的缺陷日益凸现, 对大气环境的破坏逐渐引起了人们的关心与重视, 替代制冷剂的研究已经成为制 冷行业的一个研究热点。 1.1.2 制冷剂的发展历程 1. 第一阶段(1830-1930s) 机械制冷出现于 19 世纪中期。jacob perkins 在 1834 年建造了首台实用制冷 机器,使用乙醚作制冷剂,是一种蒸气压缩制冷系统。但选择使用乙醚作制冷剂 时,由于其易燃易爆,且蒸发压力低于大气压力,一旦制冷系统中渗入空气,就 会引起爆炸的危险。随后,charles tellier 采用二甲基乙醚作为制冷剂,其沸点 为-23.6,蒸发压力比乙醚的高很多。1866 年,windhause 提出使用 co2作制 冷剂。1870 年,carl linde 对 nh3作为制冷剂使用做出了突出的贡献,之后, nh3便作为制冷工质被广泛应用在大型制冷机组中。 co2和 so2作为制冷剂在历 史上也都曾起过重要的作用。1874 年,拉乌尔 皮克特采用 so2作制冷剂,其标 准沸点为-10,随后作为制冷剂使用有 60 年之久的历史,但由于毒性大,后来 逐渐被淘汰。而 co2 的缺点是在使用温度下对应的压力很高,常温下冷凝压力 高达 8mpa,导致制冷设备极为笨重,但 co2 由于安全无毒,所以其在船用冷 藏装置中延续使用了 50 年之久,直到 1955 年才被氟利昂制冷剂取代。 2. 第二阶段(1931-1990s) 第二代制冷剂以具有无毒无味、不燃不爆、良好的热稳定性和化学稳定性、 第一章 绪论 2 对金属材料腐蚀性小的氟利昂物质为主。thomas midgley jr.和助手 albert l.henne、robert r.mcnary 根据化学元素周期表把符合这些特性的元素锁定在 碳、氮、氧、硫、氢、氟、氯和溴上。随后,midgley 和助手对由这几种元素组 成的化合物的毒性和可燃性做了很详细的观察研究, 同时注意到当时被人们熟知 的制冷剂仅仅包括了除氟在内的其他七种元素。因此,他们根据氯化烃和氟化烃 的组分不同对其沸点、可燃性和毒性进行了深入的研究。在此基础上,1931 年 对 r12 进行了商业化生产, 1932 年 r11 又得以批量生产12。氯氟烃(cfcs) 和后来在家用和小型商业空调器以及热泵系统中应用的氢氟氯烃(hcfcs) ,就 被当作第二代制冷剂广泛使用34。同时,氨也一直作为制冷剂使用,直到今天 仍然是最受欢迎的, 被广泛用在工业制冷领域, 尤其是果蔬的加工和储藏方面5。 3. 第三阶段(1990-2010s) 莫莱耐和罗兰特6教授指出由于 cfcs 类物质 (包括 cfc 类制冷剂) 的排放, 导致大气中的臭氧层受到破坏,所以第三代制冷剂主要是针对保护臭氧层提出 的。 维也纳公约和蒙特利尔协议规定禁用消耗臭氧类物质(ods) 。氟化 物是首先被关注的, 强调 hcfcs 类物质作为中间过渡物使用, 而研发使用 hfcs 类物质才是长久之计。这一规定,把相关学者的目光重新聚集到了自然工质上, 如氨、二氧化碳、烃类和水等。 4. 第四阶段(2010- ) 由于前几个阶段的努力,ods 类物质禁用,大气中被破坏的臭氧层得以修 复,但是气候环境却又受到很大影响。2007 年 2 月联合国政府间气候变化工作 小组(ipcc)第四次评估工作报告7指出,可以很明显的注意到全球空气和海洋 的平均温度都在升高,大范围的冰川融化,海平面上升等诸多环境问题,全球气 候变暖是确实存在的。最后得出的结论是,自从 20 世纪中期以来造成全球范围 气温上升的很大一部分原因是人为排放过多的温室气体。 并且人类的这一行为对 有关气候的其他很多方面都产生了一定程度的影响, 包括海洋水温、 大陆性气候、 极端温度以及风的模式等8。所以在第三阶段制冷剂发展的基础上,寻求低温室 效应潜值(gwp) 、高效节能的替代制冷剂成为现阶段制冷界发展的主导方向。 1.1.3 臭氧层破坏及保护 氟利昂是饱和碳氢化合物的氟、氯、溴衍生物的总称。由于它无毒无臭、不 燃不爆、化学稳定性和热稳定性好,并且对金属材料腐蚀破坏性较小等一系列优 点, 自二十世纪三十年代以来便被广泛用做制冷工质。不同的氟利昂物质在热力 性质方面差异较大,能满足不同制冷温度和容量的要求。其中许多物质,尤其是 氯氟烃在物理、化学性质上又有许多共同的优点,便于实用。所以这些制冷剂的 第一章 绪论 3 应用曾对制冷工业带来了变革性的进步。 已经成熟使用的氟利昂制冷剂以氟氯烃 类物质为主(如 r11,r12,r114 等) ,还有某些不完全卤代烃(如 r22)以及 氟利昂制冷剂的混合物(如 r500,r502,r503 等) 。 但在 1974 年,莫莱耐和罗兰特教授指出,氟氯碳化合物扩散至同温层时, 被太阳的紫外线照射而分解, 氯原子被释放出来与同温层中的臭氧分子进行连锁 反应,消耗了臭氧,使臭氧层遭到破坏、变薄。 研究表明,当 cfcs 物质受到强紫外线照射后,会发生如下的分解反应(以 r12 为例) ,如式(1-1)所示: 222 cf clcf clcl (1-1) 分解产生的氯离子与大气中的臭氧分子发生链式反应, 夺走臭氧分子中的一 个氧原子,臭氧分子变成氧分子,如式(1-2)所示: 32 clocloo (1-2) 反应后的臭氧分子成为氧分子,从而失去了对 、 紫外线的吸收能力,同 时生成的clo极不稳定,又会与大气中游离的氧原子发生反应,生成氯离子和氧 分子,如式(1-3)所示: 2 clooclo (1-3) 由此产生的氯原子循环不断地与臭氧分子发生作用,产生连锁反应,使一个 氯氟烃分子可以破坏成千上万个臭氧分子,消耗臭氧层,从而使臭氧层出现空 洞,这一现象已被英国南极考察队和卫星多次观测所证实。 美国 unep(联合国环境规划署)的相关资料显示,臭氧每减少 1%,紫外 线辐射量约增加 2%。由于臭氧层的破坏所导致的危害有:危害人类健康,增 大皮肤癌、白内障的发病率,破坏人体免疫系统;危及植物及海洋生物。农作 物减产,海洋生物的生长与繁殖受到抑制;产生附加温室效应,加剧全球气候 变暖过程,海平面升高,使更多可耕土地盐碱化;加速聚合物(如塑料)老化。 因此保护臭氧层已成为一项全球性的紧迫任务。 1987 年 9 月在加拿大蒙特利尔签署的关于消耗臭氧层的蒙特利尔议定书 是对消耗臭氧层的物质进行具体控制的全球性协定。 议定书规定各缔约国分阶段 减少氯氟烃的生产和消费,要求发达国家在 1989 年 7 月 1 日生产和消费的基准 水平上,从 1996 年 7 月 1 日起应消减 100%;而对于发展中国家,对 cfcs 的控 制是从 1999 年 7 月 1 日开始冻结到基准水平, 到 2010 年 1 月 1 日起消减 100%, 完全停止新 cfcs 制冷剂的生产与消费。 随着中国经济的不断发展,cfcs 物质的使用量增长很快,已成为发展中国 家最大的 ods 生产和消费国,因此我国也一直在积极推行 cfcs 和 hcfcs 类物 质的淘汰进程。我国于 1989 年和 1991 年分别签订了保护臭氧层维也纳公约 第一章 绪论 4 和关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书 (伦敦修正案) ,成为缔约国。1993 年元月国务院批准出台了中国逐步淘汰消耗臭氧层物质国家方案 ,由此可见 我国政府在保护臭氧层方面一直在积极的努力, 致力于淘汰 ods 类物质的工作, 在环境保护方面体现出了一个大国风范。根据第 19 次缔约国大会关于 hcfcs 物质淘汰的时间表规定,我国完全淘汰此类物质的日期相比之前要求的截止到 2040 年提前了 10 年,并且冻结日期也提前了 3 年,截止到 2013 年。 2011 年 9 月 28 日,我国环境部正式启动了含氢氯氟烃(hcfcs)的淘汰行动,在空调业 中广泛使用的 hfcf-22 遭淘汰已进入倒计时。筛选合适的 hcfc 类物质的替代 物,寻求新型环保冷媒已是大势所趋、发展所向。 1.1.4 温室效应及防护 自工业革命以来, 由于全球社会经济的快速发展导致大气中的二氧化碳和其 他几种温室气体浓度正在逐年上升。大多数的 cfcs 和 hcfcs 物质也有温室效 应,这些气体的大气寿命很长,因此有足够的时间在大气中累积起来,并对地球 辐射平衡和气候产生持续的影响。 为了表征逸散到大气中的物质对大气变暖的影 响程度,通常用全球变暖潜值 gwp (global warming potential)表示。规定以二氧 化碳的温室影响作为基准,取 co2的 gwp 值为 1,其他物质的 gwp 是相对于 co2的比值。其他温室气体的 gwp 一般都远大于 co2的,但由于它们在空气中 的含量很少,所以仍然认为 co2是温室效应的罪魁祸首,这也是选择二氧化碳 作为参照基准的主要原因,温室效应约 60%是由其引发。此外,还可以以 r11 为基准物质,用 hgwp 表示温室影响指数,并取 r11 的 hgwp 值为 1,其他物 质的 hgwp 是相对于 r11 的比值。 这两种表示方法, 在数值上 gwp 值是 hgwp 的 3500 倍(因为 r11 的 gwp 值为 3500) 。 有关学者指出,评价使用制冷剂对大气变暖的影响,不仅应考虑其自身逸散 对温室效应造成的直接影响, 还要考虑使用它们的装置因消耗能量 (发电和燃烧) 引起 co2的排放量增多所造成的间接影响。因此,提出用一个综合指标 tewi (total equivalent warming impact)来反映总的温室影响,即总当量温室效应指 数, 它综合全面的考虑了设备在操作中所消耗的能量, 如家用冰箱, 在计算 tewi 值时不仅要考虑所充注的制冷剂对温室效应的作用, 还需考虑发泡剂的数量和类 型,以及在冰箱预期使用寿命中所消耗的能量9。tewi 值的概念有利于新替代 技术的应用及节能设备的开发。 大气中适量的温室气体对地球生物是有利的。 但随着排放的温室气体越来越 多,引起温室效应,预计到 2040 年地球表面温度可能会升高 1.54.5。这 一变化将会导致冰川融化等一系列危及到人类生存的现象发生。 温室效应对环境 第一章 绪论 5 的影响主要表现在以下几个方面: (1)海平面上升。自 20 世纪以来,地表平均温度已上升了 0.30.6,部 分冰川融化,极低冻土带消融,导致全球海平面平均上升了 1025cm,部分沿 海城市遭受被海水淹没的威胁。海岸侵蚀、风暴潮加剧、海水入侵、地下水位上 升等诸多环境问题都是由于海平面上升所引起的。 (2)导致全球气候异常。温室效应导致气候变暖,引起全球气候出现反常 现象,增加气候灾害的发生。 (3)农副产品减产。全球气候反常的出现必将导致更多的自然灾害发生, 如旱灾、涝灾、病虫流行等,使得农作物减产,同时鱼类其他水产品产量也会受 到很大影响。 (4)对人类健康的危害。人类健康受气候的影响很大,如热浪冲击频繁加 大,会导致心脏、呼吸系统等疾病发病率和死亡率增加;也可能增加疟疾、登革 热等对气候变化敏感的传染性疾病的传播范围; 人机体的抵抗力和适应能力也下 降等一系列健康问题。 国际社会越来越多的关注因温室效应引起的全球气候变暖等一系列的环境、 经济和社会问题,并对此付出了很多努力。联合国第 45 届大会决定设立政府间 谈判委员会,以此推进有关气候变化问题的国际公约谈判。1992 年 6 月,在里 约热内卢召开的联合国环境与发展大会,与会的 165 个国家签署了联合国气候 变化框架公约及其他相关的公约和声明,阐述了各国为应对温室效应所应承担 的责任,并讨论了为防止气温上升所应采取的措施。该公约于 1994 年 3 月 21 日正式生效。1997 年又签订了京都议定书 ,确定了在不同期限内所要达到的 温室气体排放数量限制和减少目标。2002 年 8 月,我国政府核准了京都议定 书 ,表明我国政府对加强环境保护工作的积极态度和决心。 由于制冷剂的生产和消耗,破坏了大气中的臭氧层和引起大气温室效应,对 人类赖以生存的自然环境以及自身健康产生了不利影响和危害, 并且这属于全球 性的问题,需要全球各国共同应对。因而寻找新型环保制冷剂就要对其 odp 和 gwp 进行综合分析,选出对环境最有利的,这将对其他各行业的科学研究和发 展起到至关重要的推动作用。 1.2 可燃制冷剂爆炸极限的研究 1.2.1 替代工质 目前 cfcs 和 hcfcs 类制冷剂的替代物主要分为两种类型,一是 hfcs 类 第一章 绪论 6 制冷剂,用氢原子取代了 hcfcs 中的一个氯原子,从而降低甚至消除了对臭氧 层的破坏,如 hfc32、hfc161 等;另一类是自然工质制冷剂,大部分的烃类, 如乙烯(hc1150) 、乙烷(hc170) 、丙烷(hc290) 、丁烷(hc600) 、异丁烷 (hc600a) ,以及其他自然物质,如二氧化碳(r744)和氨(r717)等。 hfcs 类物质的 odp 值为零,对臭氧层没有破坏,但其大气寿命较长,并且 某些 hfcs 的 gwp 值较高,若长久、大量使用会在大气中产生积累,在一定的 时间内也可能造成温室效应, 所以此类物质只可作为制冷剂替代过程中的中间替 代物来用,而不能长久依靠一类物质。自然工质的 odp 为零,且 gwp 很小, 在环境方面的优越性远远超过 hfcs 类物质, 并且自然工质中碳氢化合物的热力 性能好,具有较高的能效比,易获取,是今后理想的替代制冷剂。但由于部分 hfcs 和碳氢化合物替代制冷剂都具有可燃性,并且 hfcs 类物质在发生燃烧后 的产物有一定的刺激性和毒性,严重影响了这些制冷剂的推广使用。 hc600a 由于蒸发潜热大,冷却能力强,流动性能好,输送压力低,耗电量 低, 与各种压缩机润滑油兼容, 被我国许多冰箱厂家作为新型环保制冷剂来使用。 虽然其具有可燃性,但在冰箱中的充注量少,降低了由于其泄漏发生燃烧爆炸的 危险性。为了推广使用这些新型环保替代制冷剂,首先就要掌握并解决其可燃性 问题,为其安全使用奠定基础。 1.2.2 可燃制冷剂爆炸极限研究现状 美国学者 coward 和 jones 在其发表的气体和蒸气燃烧范围报告中最早 提出对可燃性气体测定其爆炸极限,并介绍了其所使用的测试装置和测试方法, 后人以此装置为标准对其他气体的爆炸极限也进行了测试研究10。1965 年美国 矿山局的 zabetakis11指出 coward 使用的装置所存在的一些问题,并提出改进方 法,采用内径为 5cm、长 125150cm 的垂直玻璃管,在玻璃管底部采用电火花 点火来测试可燃气体爆炸极限。通过直接观察,以点火后混合气体能否发生爆炸 为判断标准。此后,美国材料试验学会设计出 astm e681-9812(ashrae)型实 验装置,采用容积为 5l 的球体或圆筒,点火源位于装置的中心部位,采用电极 放电点火,点火后以目测观察的方法来判断混合气体是否发生爆炸。2001 年、 2004 年和 2009 年,美国材料试验学会先后多次对该标准进行了修订,修订后采 用的测试容器是 12l 的球形玻璃烧瓶,以此获得更加准确的可燃气体爆炸极限。 此后, 前苏联、 德国、 日本等一些国家也在此基础上对测试装置进行了改进, 这些装置共同的特点是:测试容器均为管状,采用电火花引燃的方式,方便测试 各种可燃气体的爆炸极限。 但其局限性是不适于研究气体的爆炸压力和压力上升 率等爆炸特性参数。 第一章 绪论 7 shigeo kondo 对可燃气体爆炸极限做了很多相关的实验研究和分析, 其使用 的测试系统是依照 ashrae 标准设计的。shigeo kondo 利用 12l 的球形容器对 几种烯族气体和饱和氟代化合物的爆炸极限进行了测试, 并基于氟原子个数对爆 炸极限进行了相关分析13-15;测试了 hfc125 对几种可燃制冷剂爆炸极限的影 响,并用 le chatelier 公式进行了分析1617;在 5100,测试了 hfc32、 hfc143a、hfo1234yf 和 hfo1234ze 以及部分烃类气体的爆炸极限变化1819; f.vanden schoor2021测试了部分可燃气体在较高温度、 压力下的爆炸极限, 填补 了压力和温度对爆炸极限影响的相关数据;shigeo22研究了不同压力下 hfc32、 hfo1234yf 和甲烷的爆炸极限变化情况; akifumi takahashi23通过实验研究了不 同形状、尺寸的实验容器对气体爆炸极限的影响;g.de smedt24通过实验指出了 球形容器与管状容器对可燃气体爆炸极限的影响; m.gieras25研究了不同反应容 器体积对己烷-空气混合气体爆炸上限的影响。 对于阻燃制冷剂的研究,erdem a. ural26指出并不存在绝对不可燃的气体。 常温常压下不可燃的气体,如果其与空气的混合气体在足够高的压力下时,即使 是室温环境,其也可以形成高可燃性的混合气体。通常所说的可燃性气体有一个 临界压力,低于这个压力时所有气体与空气的混合气体都是不可燃的,而当达到 或超过这个临界压力时,一定浓度的混合气体即使在室温下也有发生燃烧的可 能。febo27通过实验也发现 hfc134a 在 177、37.90kpa 的环境下时表现出一 定的可燃性。对于 hfc227ea,当其压力达到 413.79kpa 时,在室温下也可与空 气形成可燃性混合气体。同时,erdem a. ural 还发现,所有制冷剂在一个环境 大气压下,如果火焰绝热温度超过 2273时,其都具可燃性。由此看来,在使 用阻燃剂时更应注意其使用量,使混合制冷剂在一个可接受的安全范围内。 在国内,国标 gb/t 12474-2008 推荐了一种测试装置,主要由硬质玻璃反应 管、抽真空装置、搅拌装置、测温测压装置和电磁阀等组成,采用电极点火的方 式, 以产生火焰并能从点火处传播到玻璃管顶端作为气体可燃的标准。国内的部 分科研院校和机构对可燃气体的爆炸极限做了深入的实验研究。 华北工学院的谭 迎新28设计了一套不仅可以测定可燃气体的爆炸极限和最小点火能,还可以测 定爆炸压力等参数的实验装置;西安交通大学的鞠飙29设计了一套对压力在 1.010.0bar 范围内的可燃性气体爆炸极限进行测试的装置,并对部分混合工质 的爆炸极限进行了实验研究;李凌飞30利用自己搭建的爆炸特性测试装置对甲 烷的爆炸特性及其抑爆技术进行了研究分析;李振明31利用自制的实验台对三 元混合物 r290/r152a/r134 的爆炸极限进行了测试,积累了爆炸极限数据; 浙江 大学的张锐32按国标组建的实验装置,测试了二元混合物 r125/r161 的爆炸极 限,并分析了 r125 对 r161 的阻燃规律;清华大学的赵晓宇33对其开发的二元 第一章 绪论 8 和三元混合物 thr01、 thr02 的可燃性进行了实验分析; 天津大学的杨昭3435、 田贯三36和刘焕卫3738等根据自行设计的爆炸极限测试装置,对新型环保制冷 剂二元、三元混合物的爆炸极限进行了测试,并对部分阻燃剂的抑爆特性进行了 分析研究。 综上所述,国内外相关学者根据自行设计的实验台,对可燃性制冷剂的爆炸 极限理论和燃爆理论开展了深入的研究分析,并取得了一

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