一種熱力循環(huán)混合工質(zhì)可燃范圍的預(yù)測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于熱力循環(huán)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及到對(duì)一種熱力循環(huán)混合工質(zhì)可燃燒范圍 的預(yù)測(cè)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來(lái)，能源短缺和環(huán)境污染的問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán)重，開(kāi)展節(jié)能減排是緩解這兩大問(wèn) 題的有效途徑。余熱（如內(nèi)燃機(jī)排氣余熱和工業(yè)余熱等）發(fā)電技術(shù)的研究，對(duì)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(jī)朗肯循環(huán)進(jìn)行余熱發(fā)電是一種 有效的節(jié)能減排方式，但如果余熱溫度過(guò)高超過(guò)有機(jī)工質(zhì)的分解溫度，就會(huì)導(dǎo)致工質(zhì)的熱 物性發(fā)生改變，進(jìn)而影響整個(gè)循環(huán)系統(tǒng)的性能。所以對(duì)于內(nèi)燃機(jī)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(huán)工質(zhì)。循環(huán)性能較好的中高溫混合工質(zhì)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(xiǎn)物質(zhì)，一旦發(fā)生泄漏，后果不堪設(shè)想，限制了 進(jìn)一步的推廣和實(shí)際應(yīng)用。
[0003] 在烴類工質(zhì)中加入安全環(huán)保的阻燃劑CO2形成混合工質(zhì)，其性質(zhì)可以隨著組元配 比的不同得到調(diào)和，既可以充分抑制前述的可燃性，也可以改善其循環(huán)性能等。此外，HCs 和〇)2都是自然工質(zhì)，ODP值都等于零，GWP值都較小，符合環(huán)保工質(zhì)發(fā)展的方向，在中高溫 余熱利用領(lǐng)域具有成為長(zhǎng)遠(yuǎn)替代工質(zhì)的潛力。但不同混合比例下，該類型混合工質(zhì)的可燃 范圍對(duì)其實(shí)際應(yīng)用的安全性評(píng)估十分重要。
[0004] 可燃范圍系指工質(zhì)可以產(chǎn)生燃燒的上限與下限。目前，Le Chatelier經(jīng)驗(yàn)公式和 臨界火焰溫度方法是最常見(jiàn)的混合物可燃極限預(yù)測(cè)方法，Le Chatelier經(jīng)驗(yàn)公式主要是對(duì) 由多種可燃組元混合所構(gòu)成可燃工質(zhì)的可燃極限進(jìn)行預(yù)測(cè)。但是對(duì)類似于HCs/C02這種含 有不可燃物質(zhì)的混合物可燃極限預(yù)測(cè)精度較低。采用臨界火焰溫度理論的方法預(yù)測(cè)HCs/ OV混合物的可燃極限精度較高，但是如何確定其相對(duì)準(zhǔn)確的臨界溫度，則是非常困難的。 如果該問(wèn)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(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的是，提供一種由HCs/O^i成的熱力循環(huán)混合工 質(zhì)可燃范圍進(jìn)行預(yù)測(cè)的方法。
[0006] 該方法基于臨界火焰溫度的理論，建立混合工質(zhì)HCs/C02可燃極限預(yù)測(cè)模型，通過(guò) 對(duì)五組以上混合工質(zhì)可燃極限值和對(duì)應(yīng)的〇)2體積分?jǐn)?shù)進(jìn)行線性擬合，得到預(yù)測(cè)模型中的 待定系數(shù)。該系數(shù)通過(guò)大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證，使得對(duì)HCsAXV混合物的可燃極限預(yù)測(cè)的精 度得到大幅提高。
[0007] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：該熱力循環(huán)混合工質(zhì)可燃范圍的預(yù) 測(cè)方法，預(yù)測(cè)由HCs/C02組成的二元混合工質(zhì)的可燃上限和可燃下限。
[0008] (1)對(duì)于HCs/C02可燃上限的預(yù)測(cè)方法包括：
[0009] I. 1建立HCs/〇V混合工質(zhì)可燃上限預(yù)測(cè)模型： CN 105117786 A 說(shuō)明書 2/5 頁(yè)
[0011] 其中，Uni是HCs/C02混合物的可燃上限；U。是相應(yīng)烴類物質(zhì)的可燃上限；y為0) 2在 HCs/OV混合物中的體積分?jǐn)?shù)；K ,是可燃上限預(yù)測(cè)模型待定系數(shù)，該系數(shù)與選取的臨界火焰 溫度相關(guān)。
[0012] 1. 2對(duì)含有不同體積分?jǐn)?shù)0)2的HCs/CO^合物的可燃上限進(jìn)行測(cè)試，得到5組以 上不同〇)2體積分?jǐn)?shù)下的混合工質(zhì)可燃上限值；
[0013] 1. 3將步驟1. 2取得的可燃上限值與對(duì)應(yīng)的0)2體積分?jǐn)?shù)按照預(yù)測(cè)模型A進(jìn)行擬 合，得到預(yù)測(cè)模型A中的待定系數(shù)Ku;
[0014] 1. 4根據(jù)待定系數(shù)心預(yù)測(cè)出含有任何CO 2體積分?jǐn)?shù)的HCs/CO 2混合工質(zhì)的可燃上 限值。
[0015] (2)對(duì)于HCs/C02可燃下限的預(yù)測(cè)方法包括：
[0016] 2. 1建立HCs/OV混合工質(zhì)可燃下限預(yù)測(cè)模型：
[0018] 其中，Lni是HCs/C02混合物的可燃下限；L。是相應(yīng)烴類物質(zhì)的可燃下限；y為0) 2在 HCs/OV混合物中的體積分?jǐn)?shù)；L為可燃下限預(yù)測(cè)模型待定系數(shù)，該系數(shù)也與選取的臨界火 焰溫度相關(guān)。
[0019] 2. 2對(duì)含有不同體積分?jǐn)?shù)0)2的HCs/CO^合物的可燃下限進(jìn)行測(cè)試，得到5組以 上不同〇)2體積分?jǐn)?shù)下的混合工質(zhì)可燃下限值；
[0020] 2. 3將步驟2. 2取得的可燃下限值與對(duì)應(yīng)的CO2體積分?jǐn)?shù)按照預(yù)測(cè)模型B進(jìn)行擬 合，得到預(yù)測(cè)模型B中的待定系數(shù)I;
[0021] 2. 4根據(jù)待定系數(shù)&預(yù)測(cè)出含有任何CO 2體積分?jǐn)?shù)的HCs/C0 2混合工質(zhì)的可燃下 限值。
[0022] 本發(fā)明方法的優(yōu)點(diǎn)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(gè)預(yù)測(cè)模型，對(duì)由HCs/C02組成的任何體積分?jǐn)?shù)的混合物都可進(jìn)行可燃極限的預(yù)測(cè)。通 過(guò)擬合得到的預(yù)測(cè)模型中的待定系數(shù)，均加以實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證，克服了理論預(yù)測(cè)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(yù)測(cè)精度?？蓪㈩A(yù)測(cè)精度控制在5%以 內(nèi)，保證了 HCs/OV混合工質(zhì)可燃極限預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，為熱力循環(huán)系統(tǒng)應(yīng)用該類型混合 工質(zhì)的安全評(píng)估提供準(zhǔn)確的參考依據(jù)。
【具體實(shí)施方式】
[0023] 以下通過(guò)具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明方法及技術(shù)方案，進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明。需要說(shuō)明的是， 所描述的實(shí)施例僅用于本發(fā)明方法的詳盡解釋。基于該實(shí)施例的基本原理與過(guò)程，尚未涉 及到的其他數(shù)據(jù)實(shí)施，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0024] 預(yù)測(cè)由HCs/C02組成的二元混合工質(zhì)可燃上限和可燃下限的預(yù)測(cè)方法，包括以下 步驟：
[0025] (1)對(duì)于HCs/C02可燃上限的預(yù)測(cè)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(zhì)可燃上限預(yù)測(cè)模型： CN 105117786 A 說(shuō)明書 3/5 頁(yè)
[0028] 其中，Uni是HCs/C02混合物的可燃上限；U。是相應(yīng)烴類物質(zhì)的可燃上限；y為0) 2在 HCs/OV混合物中的體積分?jǐn)?shù)；K ,是可燃上限預(yù)測(cè)模型待定系數(shù)，該系數(shù)與選取的臨界火焰 溫度相關(guān)。
[0029] 1. 2按照ASTM(美國(guó)材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì)）E681:04標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)含有不同體積分?jǐn)?shù)0)2的 HCs/OV混合物的可燃上限進(jìn)行測(cè)試，得到5組以上不同CO 2體積分?jǐn)?shù)下的混合工質(zhì)可燃上 限值。
[0030] 1. 3將步驟1. 2取得的可燃上限值與對(duì)應(yīng)的CO2體積分?jǐn)?shù)按照預(yù)測(cè)模型A進(jìn)行擬 合，得到預(yù)測(cè)模型A中的待定系數(shù)K,。
[0031] 1. 4根據(jù)待定系數(shù)心預(yù)測(cè)出含有任何CO 2體積分?jǐn)?shù)的HCs/CO 2混合工質(zhì)的可燃上 限值。
[0032] 待定系數(shù)確定后，Lm和Um與y是一對(duì)一的關(guān)系，即只要知道了 CO2的體積分?jǐn)?shù)，就 可以預(yù)測(cè)混合工質(zhì)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(yù)測(cè)方法對(duì)可燃上限的實(shí)際應(yīng)用預(yù) 測(cè)效果。
[0036] (2)對(duì)于HCs/C02可燃下限的預(yù)測(cè)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(zhì)可燃下限預(yù)測(cè)模型：
[0039] 其中，Lni是HCs/C02混合物的可燃下限；L。是相應(yīng)烴類物質(zhì)的可燃下限；y為0) 2在 HCs/OV混合物中的體積分?jǐn)?shù)；L為可燃下限預(yù)測(cè)模型待定系數(shù)，該系數(shù)也與選取的臨界火 焰溫度相關(guān)；
[0040] 2. 2按照ASTM(美國(guó)材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì)）E681:04標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)含有不同體積分?jǐn)?shù)0)2的 HCs/OV混合物的可燃下限進(jìn)行測(cè)試，得到5組以上不同CO 2體積分?jǐn)?shù)下的混合工質(zhì)可燃下 限值；
[0041] 2. 3將步驟2. 2取得的可燃下限值與對(duì)應(yīng)的0)2體積分?jǐn)?shù)按照預(yù)測(cè)模型B進(jìn)行擬 合，得到預(yù)測(cè)模型B中的待定系數(shù)I;
[0042] 2. 4根據(jù)待定系數(shù)&預(yù)測(cè)出含有任何CO 2體積分?jǐn)?shù)的HCs/CO 2混合工質(zhì)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(yù)測(cè)方法對(duì)可燃下限的實(shí)際應(yīng)用預(yù) 測(cè)效果。
[0046] 步驟1. 2和2. 2中的可燃極限數(shù)據(jù)為實(shí)際測(cè)試得到的真實(shí)數(shù)據(jù)。
[0047] 當(dāng)預(yù)測(cè)模型中的待定系數(shù)確定后，可以預(yù)測(cè)任何CO2體積分?jǐn)?shù)下的HCs/CO 2混合工 質(zhì)可燃極限。預(yù)測(cè)模型計(jì)算得到的混合工質(zhì)可燃范圍的誤差在5%以內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種熱力循環(huán)混合工質(zhì)可燃范圍的預(yù)測(cè)方法，其特征在于，預(yù)測(cè)由HCs/COgi成的二 元混合工質(zhì)可燃上限和可燃下限的預(yù)測(cè)方法，包括以下步驟： (1) 對(duì)于HCs/C02可燃上限的預(yù)測(cè)方法包括： 1. 1建立HCs/CCV混合工質(zhì)可燃上限預(yù)測(cè)模型：其中，比是HCs/C02混合物的可燃上限；U。是相應(yīng)烴類物質(zhì)的可燃上限；y為0)2在11(^/CCV混合物中的體積分?jǐn)?shù)；1^是可燃上限預(yù)測(cè)模型待定系數(shù)，該系數(shù)與選取的臨界火焰溫度 相關(guān)； 1. 2對(duì)含有不同體積分?jǐn)?shù)0)2的HCs/CO2混合物的可燃上限進(jìn)行測(cè)試，得到5組以上不 同〇)2體積分?jǐn)?shù)下的混合工質(zhì)可燃上限值； 1. 3將步驟1. 2取得的可燃上限值與對(duì)應(yīng)的0)2體積分?jǐn)?shù)按照預(yù)測(cè)模型A進(jìn)行擬合，得 到預(yù)測(cè)模型A中的待定系數(shù)Ku; 1. 4根據(jù)待定系數(shù)&預(yù)測(cè)出含有任何CO2體積分?jǐn)?shù)的HCs/CO2混合工質(zhì)的可燃上限值； (2) 對(duì)于HCs/C02可燃下限的預(yù)測(cè)方法包括： 2. 1建立HCs/CCV混合工質(zhì)可燃下限預(yù)測(cè)模型；其中，k是HCs/C02混合物的可燃下限；L。是相應(yīng)烴類物質(zhì)的可燃下限；y為0)2在11(^/CCV混合物中的體積分?jǐn)?shù)；為可燃下限預(yù)測(cè)模型待定系數(shù)，該系數(shù)與選取的臨界火焰溫度 相關(guān)； 2. 2對(duì)含有不同體積分?jǐn)?shù)0)2的HCs/CO2混合物的可燃下限進(jìn)行測(cè)試，得到5組以上不 同〇)2體積分?jǐn)?shù)下的混合工質(zhì)可燃下限值； 2. 3將步驟2. 2取得的可燃下限值與對(duì)應(yīng)的0)2體積分?jǐn)?shù)按照預(yù)測(cè)模型B進(jìn)行擬合，得 到預(yù)測(cè)模型B中的待定系數(shù)I; 2. 4根據(jù)待定系數(shù)&預(yù)測(cè)出含有任何C0 2體積分?jǐn)?shù)的HCs/CO2混合工質(zhì)的可燃下限值。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種熱力循環(huán)混合工質(zhì)可燃范圍的預(yù)測(cè)方法，該方法是對(duì)混合工質(zhì)的可燃上限與下限分別進(jìn)行預(yù)測(cè)，并各分為四個(gè)步驟?；谂R界火焰溫度理論建立可燃極限預(yù)測(cè)模型，然后通過(guò)對(duì)試驗(yàn)獲取的HCs/CO2混合工質(zhì)的可燃極限值和對(duì)應(yīng)的CO2體積分?jǐn)?shù)按照預(yù)測(cè)模型進(jìn)行線性擬合，得出預(yù)測(cè)模型中的待定系數(shù)，以獲得最佳可燃極限預(yù)測(cè)模型。該方法克服了理論預(yù)測(cè)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(yù)測(cè)精度?？蓪㈩A(yù)測(cè)精度控制在5％以內(nèi)，保證了HCs/CO2混合工質(zhì)可燃極限預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，為熱力循環(huán)系統(tǒng)應(yīng)用該類型混合工質(zhì)的安全評(píng)估提供準(zhǔn)確的參考依據(jù)。
【IPC分類】G06Q10/04
【公開(kāi)號(hào)】CN105117786
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510406079
【發(fā)明人】田華, 龍彪, 舒歌群, 石凌峰, 劉祎
【申請(qǐng)人】天津大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年12月2日
【申請(qǐng)日】2015年7月13日