制冷系统R290泄漏扩散机理及安全评估

摘要

基于环境保护的需要，制冷剂的替代是近期空调行业迫切需要解决的问题。现有研究发现，HCFCs和HFCs类制冷剂存在ODP和GWP值较高的缺点，不能长期使用。而R290具有良好的环保性和优良的热力性质，可以作为R22的直接替代物。但其燃爆性所带来的安全隐患限制了它的使用，若能解决其安全性问题，R290的应用前景将十分广阔，故本文针对R290在有限空间内的的泄漏扩散过程进行了研究，分析其在房间内的扩散规律和浓度分布，以及发生泄漏时房间内的安全性。 在研究R290特性的基础上，分析了R290泄漏扩散的机理。发现R290制冷剂从小孔泄漏到环境中的过程可以视为小孔自由出流，适用于小孔泄漏模型。R290泄漏到空间后的扩散过程可分为浓度差驱动的自然扩散以及对流扩散。在空调关机状态，R290的扩散主要受重力主导，在开机状态或存在通风措施时，R290的扩散受空气湍流影响较大。 为研究R290在房间泄漏后存在的安全性问题，用Gambit进行物理模型的建立和网格的划分，用Fluent对R290在有限空间内的泄漏扩散过程进行了模拟。首先研究了空调关机状态下的泄漏扩散规律，发现在泄漏角度较接近竖直向下，泄漏速度较慢的情况下，地面上R290浓度较大。且R290在室内发生泄漏时，仅在泄漏口附近形成燃爆区域，泄漏停止后燃爆范围会迅速消失。在此基础上，模拟了存在空调送风时R290在室内的扩散情况，研究空调送风速度和送风角度对R290浓度分布的影响，发现空调送风对R290的浓度分布影响较大，送风主流区R290浓度较大，送风死角区浓度则较小，R290空调在开机状态下使用时较安全。最后分析了自然通风和机械通风作用下R290在室内的扩散规律和浓度分布情况，结果表明，通风可以迅速降低房间内R290的浓度值，且通风强度越大，室内R290被稀释的越快。

目录

声明

摘要

1绪论

1．1课题研究背景及意义

1．1．2 R290替代应用现状

1．2 R290安全性的研究现状

1．2．1 R290的燃爆性

1．2．2 R290泄漏的实验测试

1．2．3 R290泄漏的数值模拟

1．3课题的主要研究内容

2 R290工质特性及泄漏扩散机理

2．1．1 R290基本热力性质

2．1．2 R290扩散相关特性

2．2 R290安全标准

2．2．1减小充灌量

2．2．2添加阻燃剂

2．2．3通风措施

2．2．4其它方式

2．3 R290的泄漏扩散机理

2．3．1泄漏的分类

2．3．2泄漏扩散的影响因素

2．3．3泄漏模型

2．3．4扩散模型

2．4本章小结

3制冷剂R290泄漏扩散模型

3．1制冷剂R290的泄漏扩散模型

3．1．1物理模型的建立

3．1．2基本控制方程

3．1．3基本参数及初始条件设置

3．1．4网格的划分

3．2模型的验证

3．2．1实验介绍

3．2．2模型验证及分析

3．3本章小结

4密闭空间R290的泄漏扩散特性

4．1泄漏角度对R290泄漏扩散特性的影响

4．2泄漏速度对R290泄漏扩散特性的影响

4．3空调送风方式对R290泄漏扩散特性的影响

4．3．1送风角度对浓度分布的影响

4．3．2送风速度对浓度分布的影响

4．4本章小结

5通风对R290泄漏安全性的影响

5．1自然通风对R290泄漏安全性的影响

5．1．1门窗紧闭时R290的浓度分布

5．1．2门窗开启时R290的浓度分布

5．2机械通风对R290泄漏安全性的影响

5．2．1无送风排风和无送风下排风

5．2．2下送风上排风和下送风下排风

5．2．3 上送风下排风和下送风下排风

5．3通风强度对R290泄漏特性的影响

5．4本章小结

6结论与展望

6．1结论

6．2展望

致谢

参考文献

附录