新一代替代制冷剂燃爆惰化机理及实验

　　近几年，醚类工质越来越受到关注.二甲醚(DME)作为一种石油伴生产物，其价格低廉，市场供应量充足，是目前普遍被看好的未来超清洁能源.同时，DME因其较好的热力学性能，使其具有绿色环保制剂的潜质[1].韩国Park等[2]对含有DME的混合制冷剂替代R22的性能进行了实验研究.毕胜山等[3]也对含有DME的混合制冷剂的热力学性能进行了分析.傅烈虎等[4]对二甲醚作为汽车空调制冷剂的性能进行了研究.但是DME具有可燃性，即与空气混合能形成爆炸性混合工质，遇明火、高温或与氧化剂接触有燃烧爆炸的危险.许多学者对制冷剂的可

　　燃性进行了研究，Zhao等[5]通过纯质气体估算混合物的爆炸极限;文献[6]通过实验获得甲烷和空气混合物在不同温度和压力下的爆炸极限;Kondo等[7]提出了用 F 数法来计算可燃混合物的爆炸极限.笔者基于基团贡献法和燃烧学相关理论对二元混合工质中阻燃制冷剂的抑制效果进行了分析，并提出了阻燃制冷剂最小惰化浓度的理论估算公式.同时对以一定体积配比的A/DME和B/DME混合制冷剂的可燃性进行了实验研究，得到了混合制冷剂的临界爆炸曲线图.在二元混合工质爆炸极限的基础上，得到了混合制冷剂的临界爆炸曲线及三元混合工质A/C/DME和B/D/DME的爆炸浓度分布图.

　　1 惰化浓度的理论估算

　　1.1 可燃性抑制的基团贡献法

　　基于基团贡献法对阻燃制冷剂的抑制系数进行了分析.基团贡献法推算物性参数公式的基本形式为

　　式中：φ 为被推算物性参数;A 为常数系数;n 为划分的基团个数;ni为物质中含基团 i 的数目;iΔφ 为第 i个基团对该物性的贡献值.

　　不同阻燃剂对可燃制冷剂火焰传播的抑制系数可由基团贡献法推算.对于HFCs和FICs卤素阻燃剂基团划分为H、C、F、Cl、Br、I、CHF2以及CF3，则卤素阻燃剂的抑制系数为

　　1.2 最小惰化浓度理论估算

　　阻燃剂的最小惰化浓度定义为阻燃剂将可燃制冷剂或混合工质惰化为不可燃物的最小阻燃剂的浓度.可燃制冷剂被惰化后，火焰燃烧传播速度因阻燃气体的存在而减小.文献[8-9]根据燃烧学理论和大量的实验数据，获得可燃物的火焰传播速度与卤素化合物的浓度变化呈指数变化关系，即

　　式中：vu为可燃制冷剂含有阻燃剂时的混合工质火焰传播速度，m/s;v0为可燃制冷剂中不含阻燃剂时的最大火焰传播速度，m/s;?in为卤素阻燃剂的体积分数，%;b 为无因次系数，反映阻燃剂的抑制效率，与阻燃剂的抑制系数有关，一般通过实验或模拟计算得到.

　　卤素阻燃剂的抑制系数φ 表示了阻燃剂的浓度对混合可燃制冷剂的火焰传播速度 vu的抑制作用大小，即