一种可燃工质燃爆特性评价指标构建方法及系统

本发明涉及气体燃爆安全，具体涉及一种可燃工质燃爆特性评价指标构建方法及系统。

背景技术：

1、目前，全球变暖引起的气候变化问题日益凸显，减少温室气体排放、降低温室效应已成为全球亟待解决的问题。2016年10月15日，全球近200个国家签订了《<关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书>基加利修正案》，该协议明确给出了各国淘汰hfcs的时间表。中国力争在2030年前实现碳达峰、2060年前实现碳中和。因此，全球正在努力寻求新一代零臭氧消耗潜势(odp)、低全球变暖潜能值(gwp)且具有良好热物理性能的替代工质。

2、然而，大多数低gwp工质具有可燃性，对于其燃烧特性进行评价是十分重要的。现有技术中，学者们惯于将测试燃烧极限作为可燃等级的主要评价标准，而以测试燃烧速度、燃烧热作为辅助，并未综合工质燃烧特性进行全面评价，仍存在一定的缺陷。因此，迫切需要一种综合表征可燃工质燃烧特性和安全性的新评价指标。

技术实现思路

1、本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种可燃工质燃爆特性评价指标构建方法及系统。

2、本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种可燃工质燃爆特性评价指标构建方法，将一典型可燃工质的燃爆特性参数作为基准，将待评价可燃工质的燃爆特性参数与该典型可燃工质的燃爆特性参数的比值作为评价指标因子，来确定待评价可燃工质燃爆特性的评价指标。

3、进一步地，将ch4的燃爆特性参数作为基准，将待评价可燃工质的燃爆特性参数与ch4的对应燃爆特性参数相比较，得到一组无量纲参数，将该组无量纲参数作为评价指标因子并按如下公式进行计算，得到待评价可燃工质的燃爆特性评价指标：

4、

5、其中：

6、

7、

8、

9、式中：

10、vein为可燃工质燃爆特性评价指标，称为速能因数；

11、su*为待评价可燃工质的燃烧速度对ch4的燃烧速度的比值；

12、mie*为待评价可燃工质的最小点火能对ch4的最小点火能的比值；

13、hc*为待评价可燃工质的燃烧热对ch4的燃烧热的比值；

14、sur为待评价可燃工质的燃烧速度；

15、为ch4的燃烧速度；

16、mier为待评价可燃工质的最小点火能；

17、为ch4的最小点火能；

18、hcr为待评价可燃工质的燃烧热；

19、为ch4的燃烧热。

20、进一步地，将待评价可燃工质的速能因数与其着火下限浓度特性参数相结合，按照下式得到该待评价可燃工质的燃爆特性的综合评价指标cei：

21、cei＝lfl*ln(1+vein)；

22、lfl为待评价可燃工质的着火下限浓度特性参数值；

23、cei为待评价可燃工质的燃爆特性的综合评价指标。

24、进一步地，设ch4的vein值为1，计算得到ch4的cei为0.69；根据cei的值将可燃工质分为a类、b类、c类；其中cei≥5的可燃工质为c类；5＞cei＞0.7的可燃工质为b类，cei≤≤0.7的可燃工质为a类。

25、进一步地，燃烧速度通过分子基团的种类和数目进行预测。

26、进一步地，燃烧速度通过以下线性拟合公式进行预测：

27、su，max＝47.773-0.843rc-c+7.937rc＝c+4.386r＝o+5.332r-o--12.717r-nh2-22.400rcf-44.937rcf2-107.444rcf3

28、式中：

29、su，max为待评价可燃工质的最大燃烧速度；

30、rc-c为单键碳分子中碳原子的数目；

31、rc＝c为双键碳分子中碳原子的数目；

32、r＝o为分子中含双键氧基团数；

33、r-o-为分子中含单键氧基团数；

34、r-nh2为分子中含氮基团数；

35、rcf为cf基团的数量；

36、rcf2为cf2基团的数量；

37、rcf3为cf3基团的数量。

38、进一步地，采用多元线性回归算法对最小点火能数据进行回归计算。

39、进一步地，最小点火能按照以下公式进行回归计算：

40、lg(mie)＝0.011+0.003mw+0.104dm-12.801εhomo-33.641εlumo-106.725ω+0.136sp+0.086nc+0.018nh-0.296nf；

41、式中：

42、mie为最小点火能；

43、mw为分子量；

44、dm为偶极矩；

45、sp为分子单一结构的能量；

46、nc为碳原子数；

47、nh为氢原子数；

48、nf为氟原子数；

49、εhomo为homo能级；

50、εlumo为lumo能级；

51、mw、dm、sp、nc、nh与mie值正相关；

52、nf、εhomo、εlumo与mie值负相关。

53、本发明还提供了一种可燃工质燃爆特性评价指标系统，该系统利用上述的可燃工质燃爆特性评价指标构建方法构建，该系统输入ch4的燃爆特性参数及待评价可燃工质的燃爆特性参数，输出待评价可燃工质的燃爆特性评价指标。

54、本发明具有的优点和积极效果是：

55、本发明提供了一种可燃工质燃爆特性评价指标构建方法，其基于分子微观结构特征，结合燃烧极限、燃烧速度、最小点火能、燃烧热等可计算燃爆特性参数，提出了一种评价可燃工质燃爆特性的科学指标，本发明步骤简单，设计合理。预测效果准确，为设计工质燃爆实验装置、工质危险性测算以及其他安全性可靠性评价参数提供参考依据，且便于推广。其具体以下特点：

56、(1)可作为验证工质可燃性的评价指标，并且综合测算可燃性的强弱。

57、(2)可作为设计工质可燃性实验装置、工质危险性测算以及其他安全性可靠性评价参数。

58、(3)可用于航空、航天等领域中，是衡量热物性的新指标。

技术特征：

1.一种可燃工质燃爆特性评价指标构建方法，其特征在于，将一典型可燃工质的燃爆特性参数作为基准，将待评价可燃工质的燃爆特性参数与该典型可燃工质的燃爆特性参数的比值作为评价指标因子，来确定待评价可燃工质燃爆特性的评价指标。

2.根据权利要求1所述的可燃工质燃爆特性评价指标构建方法，其特征在于，将ch4的燃爆特性参数作为基准，将待评价可燃工质的燃爆特性参数与ch4的对应燃爆特性参数相比较，得到一组无量纲参数，将该组无量纲参数作为评价指标因子并按如下公式进行计算，得到待评价可燃工质的燃爆特性评价指标：

3.根据权利要求2所述的可燃工质燃爆特性评价指标构建方法，其特征在于，将待评价可燃工质的速能因数与其着火下限浓度特性参数相结合，按照下式得到该待评价可燃工质的燃爆特性的综合评价指标cei：

4.根据权利要求3所述的可燃工质燃爆特性评价指标构建方法，其特征在于，设ch4的vein值为1，计算得到ch4的cei为0.69；根据cei的值将可燃工质分为a类、b类、c类；其中cei≥5的可燃工质为c类；5＞cei＞0.7的可燃工质为b类，cei≤0.7的可燃工质为a类。

5.根据权利要求2所述的可燃工质燃爆特性评价指标构建方法，其特征在于，燃烧速度通过分子基团的种类和数目进行预测。

6.根据权利要求5所述的可燃工质燃爆特性评价指标构建方法，其特征在于，燃烧速度通过以下线性拟合公式进行预测：

7.根据权利要求2所述的可燃工质燃爆特性评价指标构建方法，其特征在于，采用多元线性回归算法对最小点火能数据进行回归计算。

8.根据权利要求7所述的可燃工质燃爆特性评价指标构建方法，其特征在于，最小点火能按照以下公式进行回归计算：

9.一种可燃工质燃爆特性评价指标系统，其特征在于，该系统利用权利要求2至8任一所述的可燃工质燃爆特性评价指标构建方法构建，该系统输入ch4的燃爆特性参数及待评价可燃工质的燃爆特性参数，输出待评价可燃工质的燃爆特性评价指标。

技术总结
本发明公开了一种可燃工质燃爆特性评价指标构建方法，将一典型可燃工质的燃爆特性参数作为基准，将待评价可燃工质的燃爆特性参数与该典型可燃工质的燃爆特性参数的比值作为评价指标因子，来确定待评价可燃工质燃爆特性的评价指标。本发明还提供了一种可燃工质燃爆特性评价指标系统，该系统输入CH<subgt;4</subgt;的燃爆特性参数及待评价可燃工质的燃爆特性参数，输出待评价可燃工质的燃爆特性评价指标。本发明基于分子微观结构特征，结合燃烧极限、燃烧速度、最小点火能、燃烧热等可计算燃爆特性参数，提出了一种用于评价可燃工质燃爆特性的科学指标，为设计工质燃爆实验装置、工质危险性测算以及其他安全性可靠性评价参数提供参考依据，且便于推广。

技术研发人员：杨昭,陈裕博,张勇,贺红霞,胡岩松
受保护的技术使用者：天津大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16