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20世纪末21世纪初以来,烷烃类化合物及其衍生物以其环境友好性以及良好的热物理性能成为最具有潜力替代传统氟利昂制冷剂的物质,开始受到科学家们的广泛关注。随后,众多此类化合物组成的新型制冷工质被开发出来,其中包括纯质烃类化合物及其衍生物以及由它们的混合物所组合混合制冷工质。然而,烷烃类物质一般具有较强的燃爆特性,大量的灌装这种制冷剂,具有严重的安全隐患,因此燃爆性能成为选用新型制冷剂的一个重要考量标准。目前,关于这方面实验数据还很缺乏,基于此本文对烷烃类化合物极其衍生物所组成的混合制冷剂的爆炸极限进行了实验测量和理论分析。为完善新型制冷剂的实用性,提供实验依据。
就目前而言,对于制冷剂爆炸极限的研究,主要以“热爆炸”理论和“链式反应”理论为基础而展开的。“热爆炸”理论是以麦克斯韦理论为基础建立系统温度与分子动能之间的正反馈模型,基于此解释了诸如惰性气体作为阻燃剂的抑制机理;而“链式反应”理论是以催化原理为基础建立的基团催化模型。基于此解释了卤代烃作为阻燃剂的抑制机理。
影响制冷剂爆炸极限的因素很多,直接研究较为困难,为此各国际学术团体和政府部门制订了标准,主要包括:DIN51649,EN839(T),EN1839(B),ASTME681-01,GB803-89,GB/T12474-90等。这些标准将实验装置,实验步骤和实验方法都做了详细的规定。本文实验是按照中华人民共和国国家标准(GB/T12474-90)所规定内容,在常温常压工况下进行的:
1.爆炸极限的实验研究
本文所研究的混合制冷剂包括:(R290+CF4),(R290+R134a+CF3I),CF4+R152a),(R290+R152a+CF3I),(R290+CF3I),(R116+CH4),(CF3I+R152a),(CF3I+CH4),(CF3I+C2H6)。通过实验测量了各组混合制冷剂在不同浓度比例时的爆炸极限,并对实验现象做了详细的记录,整理成实验数据,为新型混合制冷剂的工程应用提供实验基础。
2.爆炸极限的理论研究
从“链式反应”理论出发,分析了卤代烃阻燃剂中断爆炸反应的化学机理,比较并分析了不同阻燃剂的阻燃能力和阻燃规律,绘制不同类型阻燃剂情况下的爆炸三角区。
此外,就目前所开发的众多爆炸极限关联模型,其中Le Chatelier模型以其简易优良而广受关注,Kondo教授对该模型进行了修正,提出了拓展模型拓宽了应用范围,提高了关联精度。但是这些关联模型对本实验混合制冷剂爆炸极限的关联精度极差。本文在Kondo模型基础上,进行修正,提出了符合全卤代烃作为阻燃剂组成的二元混合制冷剂爆炸极限的关联模型,关联精度较原公式良好。