可燃制冷剂爆炸理论与燃烧爆炸抑制机理的研究

安全使用低环害替代制冷工质,已成为制冷技术发展的趋势。由于大多数低环害工质是可燃的,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HC和HFC类可燃工质爆炸参数和燃烧爆炸抑制机理的研究,取得了以下主要成果和结论: 1可燃工质的燃烧温度、定容爆炸压力与爆炸极限影响因素的研究 根据燃烧学和热力学理论,推导出含有F元素的可燃工质燃烧温度和定容爆炸压力计算公式。计算分析结果表明可燃HFC类制冷剂的理论燃烧温度和定容爆炸压力受F原子的个数与H原子个数之比β的影响:当β=1,该制冷剂具有较高的理论燃烧温度,定容爆炸压力比含有相同碳原子的CH类制冷剂高3～4×10～5Pa; 当β<1,该制冷剂的燃烧温度随β的减小而变小,定容爆炸力的大小和变化范围位于具有相同碳原子HC类物质和HFC类物质(β=1)的爆炸压力之间。 通过对可燃工质爆炸极限影响因素的全面分析研究可知:传统实验方法测定的可燃工质爆炸极限与实际的爆炸极限有差异,在选用有关可燃制冷剂爆炸极限参数时,应根据测试条件考虑安全系数。 2对含有阻燃组元混合制冷剂爆炸极限的实验与估算的研究 本文设计组建了可燃制冷剂爆炸极限测试实验台。通过实验研究了R134a、R125、R227ea分别与R290、R600、R600a、R32、R143a、R152a混合后爆炸极限的变化关系,首次得出了上述9种工质18种组合爆炸极限的变化曲线。根据混合可燃气体爆炸极限的混合法则,建立了由二种可燃组元与一种阻燃组元和由一种可燃组元与二种阻燃组元混合物爆炸极限的估算模型。根据含有阻燃组元的三元混合工质达到临界抑爆浓度时的条件,建立了由二种可燃组元与一种阻燃组元和由一种可燃组元与二种阻燃组元混合物临界抑爆浓度的估算模型。计算结果与实验结果相对误差一般小于10%。模型可以估算本文研究9种工质组成的150多种含有阻燃组元三元混合工质的爆炸极限与临界抑爆浓度。用摸型估算的结果指导三元混合工质的爆炸极限实验测试,可减少实验次数和费用。 3阻燃工质对可燃工质爆炸极限抑制的研究 本文提出一种改进的基团贡献法推算阻燃工质对可燃工质火焰传播速度的抑制效率,通过阻燃工质对可燃工质燃烧速度的抑制指数模型,得出相对燃烧速度随阻燃工质浓度的变化关系。这一方法也可用于推算哈龙替代物的灭火效率。可随燃工质的燃烧速度随阻燃工质浓度的增加按指数关系递减,HC类化合物所需阻燃工质的最小抑爆浓度比HFC类工质高; 在HFC类可燃工质中氢原子与氟原子之