一種熱力循環混合工質可燃范圍的預測方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于熱力循環技術領域，具體涉及到對一種熱力循環混合工質可燃燒范圍 的預測方法。
【背景技術】
[0002] 近年來，能源短缺和環境污染的問題越來越嚴重，開展節能減排是緩解這兩大問 題的有效途徑。余熱（如內燃機排氣余熱和工業余熱等）發電技術的研究，對于減少化石 能源消耗和CO2等溫室氣體的排放具有重要意義。采用有機朗肯循環進行余熱發電是一種 有效的節能減排方式，但如果余熱溫度過高超過有機工質的分解溫度，就會導致工質的熱 物性發生改變，進而影響整個循環系統的性能。所以對于內燃機等具有高溫排氣特征的中 高溫余熱利用，尚缺乏適合的循環工質。循環性能較好的中高溫混合工質主要集中在烴類 HCs和硅氧烷類，但是它們屬于易燃易爆的危險物質，一旦發生泄漏，后果不堪設想，限制了 進一步的推廣和實際應用。
[0003] 在烴類工質中加入安全環保的阻燃劑CO2形成混合工質，其性質可以隨著組元配 比的不同得到調和，既可以充分抑制前述的可燃性，也可以改善其循環性能等。此外，HCs 和〇)2都是自然工質，ODP值都等于零，GWP值都較小，符合環保工質發展的方向，在中高溫 余熱利用領域具有成為長遠替代工質的潛力。但不同混合比例下，該類型混合工質的可燃 范圍對其實際應用的安全性評估十分重要。
[0004] 可燃范圍系指工質可以產生燃燒的上限與下限。目前，Le Chatelier經驗公式和 臨界火焰溫度方法是最常見的混合物可燃極限預測方法，Le Chatelier經驗公式主要是對 由多種可燃組元混合所構成可燃工質的可燃極限進行預測。但是對類似于HCs/C02這種含 有不可燃物質的混合物可燃極限預測精度較低。采用臨界火焰溫度理論的方法預測HCs/ OV混合物的可燃極限精度較高，但是如何確定其相對準確的臨界溫度，則是非常困難的。 如果該問題得到解決那么該方法就可以適用于不同比例及成分的混合物。
【發明內容】
[0005] 為了解決上述問題，本發明的目的是，提供一種由HCs/O^i成的熱力循環混合工 質可燃范圍進行預測的方法。
[0006] 該方法基于臨界火焰溫度的理論，建立混合工質HCs/C02可燃極限預測模型，通過 對五組以上混合工質可燃極限值和對應的〇)2體積分數進行線性擬合，得到預測模型中的 待定系數。該系數通過大量的試驗數據驗證，使得對HCsAXV混合物的可燃極限預測的精 度得到大幅提高。
[0007] 為了實現上述目的，本發明的技術方案如下：該熱力循環混合工質可燃范圍的預 測方法，預測由HCs/C02組成的二元混合工質的可燃上限和可燃下限。
[0008] (1)對于HCs/C02可燃上限的預測方法包括：
[0009] I. 1建立HCs/〇V混合工質可燃上限預測模型： CN 105117786 A 說明書 2/5 頁
[0011] 其中，Uni是HCs/C02混合物的可燃上限；U。是相應烴類物質的可燃上限；y為0) 2在 HCs/OV混合物中的體積分數；K ,是可燃上限預測模型待定系數，該系數與選取的臨界火焰 溫度相關。
[0012] 1. 2對含有不同體積分數0)2的HCs/CO^合物的可燃上限進行測試，得到5組以 上不同〇)2體積分數下的混合工質可燃上限值；
[0013] 1. 3將步驟1. 2取得的可燃上限值與對應的0)2體積分數按照預測模型A進行擬 合，得到預測模型A中的待定系數Ku;
[0014] 1. 4根據待定系數心預測出含有任何CO 2體積分數的HCs/CO 2混合工質的可燃上 限值。
[0015] (2)對于HCs/C02可燃下限的預測方法包括：
[0016] 2. 1建立HCs/OV混合工質可燃下限預測模型：
[0018] 其中，Lni是HCs/C02混合物的可燃下限；L。是相應烴類物質的可燃下限；y為0) 2在 HCs/OV混合物中的體積分數；L為可燃下限預測模型待定系數，該系數也與選取的臨界火 焰溫度相關。
[0019] 2. 2對含有不同體積分數0)2的HCs/CO^合物的可燃下限進行測試，得到5組以 上不同〇)2體積分數下的混合工質可燃下限值；
[0020] 2. 3將步驟2. 2取得的可燃下限值與對應的CO2體積分數按照預測模型B進行擬 合，得到預測模型B中的待定系數I;
[0021] 2. 4根據待定系數&預測出含有任何CO 2體積分數的HCs/C0 2混合工質的可燃下 限值。
[0022] 本發明方法的優點及有益效果是：基于臨界火焰溫度理論，所建立的上、下可燃極 限兩個預測模型，對由HCs/C02組成的任何體積分數的混合物都可進行可燃極限的預測。通 過擬合得到的預測模型中的待定系數，均加以實驗數據驗證，克服了理論預測模型需要依 賴選取合適的臨界火焰溫度確定的缺陷，極大提高了預測精度。可將預測精度控制在5%以 內，保證了 HCs/OV混合工質可燃極限預測數據的準確性，為熱力循環系統應用該類型混合 工質的安全評估提供準確的參考依據。
【具體實施方式】
[0023] 以下通過具體實施例對本發明方法及技術方案，進行詳細的說明。需要說明的是， 所描述的實施例僅用于本發明方法的詳盡解釋。基于該實施例的基本原理與過程，尚未涉 及到的其他數據實施，都屬于本發明保護的范圍。
[0024] 預測由HCs/C02組成的二元混合工質可燃上限和可燃下限的預測方法，包括以下 步驟：
[0025] (1)對于HCs/C02可燃上限的預測方法包括：
[0026] I. 1基于臨界火焰溫度理論，建立HCs/OV混合工質可燃上限預測模型： CN 105117786 A 說明書 3/5 頁
[0028] 其中，Uni是HCs/C02混合物的可燃上限；U。是相應烴類物質的可燃上限；y為0) 2在 HCs/OV混合物中的體積分數；K ,是可燃上限預測模型待定系數，該系數與選取的臨界火焰 溫度相關。
[0029] 1. 2按照ASTM(美國材料與試驗協會）E681:04標準，對含有不同體積分數0)2的 HCs/OV混合物的可燃上限進行測試，得到5組以上不同CO 2體積分數下的混合工質可燃上 限值。
[0030] 1. 3將步驟1. 2取得的可燃上限值與對應的CO2體積分數按照預測模型A進行擬 合，得到預測模型A中的待定系數K,。
[0031] 1. 4根據待定系數心預測出含有任何CO 2體積分數的HCs/CO 2混合工質的可燃上 限值。
[0032] 待定系數確定后，Lm和Um與y是一對一的關系，即只要知道了 CO2的體積分數，就 可以預測混合工質的可燃范圍。
[0033] 以丙烷/0)2和異丁烷/CO2為例，表1給出了該預測方法對可燃上限的實際應用預 測效果。
[0036] (2)對于HCs/C02可燃下限的預測方法包括：
[0037] 2. 1基于臨界火焰溫度理論建立HCs/OV混合工質可燃下限預測模型：
[0039] 其中，Lni是HCs/C02混合物的可燃下限；L。是相應烴類物質的可燃下限；y為0) 2在 HCs/OV混合物中的體積分數；L為可燃下限預測模型待定系數，該系數也與選取的臨界火 焰溫度相關；
[0040] 2. 2按照ASTM(美國材料與試驗協會）E681:04標準，對含有不同體積分數0)2的 HCs/OV混合物的可燃下限進行測試，得到5組以上不同CO 2體積分數下的混合工質可燃下 限值；
[0041] 2. 3將步驟2. 2取得的可燃下限值與對應的0)2體積分數按照預測模型B進行擬 合，得到預測模型B中的待定系數I;
[0042] 2. 4根據待定系數&預測出含有任何CO 2體積分數的HCs/CO 2混合工質的可燃下 限值。
[0043] 以丙烷/0)2和異丁烷/CO2為例，表2給出了該預測方法對可燃下限的實際應用預 測效果。
[0046] 步驟1. 2和2. 2中的可燃極限數據為實際測試得到的真實數據。
[0047] 當預測模型中的待定系數確定后，可以預測任何CO2體積分數下的HCs/CO 2混合工 質可燃極限。預測模型計算得到的混合工質可燃范圍的誤差在5%以內。
【主權項】
1. 一種熱力循環混合工質可燃范圍的預測方法，其特征在于，預測由HCs/COgi成的二 元混合工質可燃上限和可燃下限的預測方法，包括以下步驟： (1) 對于HCs/C02可燃上限的預測方法包括： 1. 1建立HCs/CCV混合工質可燃上限預測模型：其中，比是HCs/C02混合物的可燃上限；U。是相應烴類物質的可燃上限；y為0)2在11(^/CCV混合物中的體積分數；1^是可燃上限預測模型待定系數，該系數與選取的臨界火焰溫度 相關； 1. 2對含有不同體積分數0)2的HCs/CO2混合物的可燃上限進行測試，得到5組以上不 同〇)2體積分數下的混合工質可燃上限值； 1. 3將步驟1. 2取得的可燃上限值與對應的0)2體積分數按照預測模型A進行擬合，得 到預測模型A中的待定系數Ku; 1. 4根據待定系數&預測出含有任何CO2體積分數的HCs/CO2混合工質的可燃上限值； (2) 對于HCs/C02可燃下限的預測方法包括： 2. 1建立HCs/CCV混合工質可燃下限預測模型；其中，k是HCs/C02混合物的可燃下限；L。是相應烴類物質的可燃下限；y為0)2在11(^/CCV混合物中的體積分數；為可燃下限預測模型待定系數，該系數與選取的臨界火焰溫度 相關； 2. 2對含有不同體積分數0)2的HCs/CO2混合物的可燃下限進行測試，得到5組以上不 同〇)2體積分數下的混合工質可燃下限值； 2. 3將步驟2. 2取得的可燃下限值與對應的0)2體積分數按照預測模型B進行擬合，得 到預測模型B中的待定系數I; 2. 4根據待定系數&預測出含有任何C0 2體積分數的HCs/CO2混合工質的可燃下限值。
【專利摘要】本發明公開了一種熱力循環混合工質可燃范圍的預測方法，該方法是對混合工質的可燃上限與下限分別進行預測，并各分為四個步驟。基于臨界火焰溫度理論建立可燃極限預測模型，然后通過對試驗獲取的HCs/CO2混合工質的可燃極限值和對應的CO2體積分數按照預測模型進行線性擬合，得出預測模型中的待定系數，以獲得最佳可燃極限預測模型。該方法克服了理論預測模型需要依賴選取合適的臨界火焰溫度確定的缺陷，極大提高了預測精度。可將預測精度控制在5％以內，保證了HCs/CO2混合工質可燃極限預測數據的準確性，為熱力循環系統應用該類型混合工質的安全評估提供準確的參考依據。
【IPC分類】G06Q10/04
【公開號】CN105117786
【申請號】CN201510406079
【發明人】田華, 龍彪, 舒歌群, 石凌峰, 劉祎
【申請人】天津大學
【公開日】2015年12月2日
【申請日】2015年7月13日