有机朗肯循环是余热回收的有效方式之一,其余热回收效率很大程度上取决于工质的物性及工作环境。烷烃类工质为自然工质,分解温度高,循环性能好,但是易燃易爆的特性限制了其实际应用。二氧化碳来源广泛,不可燃,与热源匹配性优良,适用于系统的小型轻量化。但是二氧化碳的循环热效率不及烷烃类工质,系统的运行压力较高。所以可以选用不同配比的烷烃-二氧化碳混合工质在保证安全性的同时获得最佳热力性能。但混合工质仍具有可燃性,一旦工质泄漏就有燃烧爆炸的危险,有必要研究烷烃-二氧化碳混合工质的可燃极限提供安全性指导。由于有机朗肯循环工质的工作温度范围为25°C-222.5°C,所以需要通过试验和预测模型获得高温下烷烃-二氧化碳混合工质的可燃极限,同时建立复杂分子结构烷烃与二氧化碳混合物可燃极限的理论预测方法,丰富可燃极限数据。试验方面基于ASTM E681-09标准的试验台架测量30°C、50°C和70°C下,丙烷、正丁烷、异丁烷和正戊烷分别与二氧化碳以不同配比组成的混合工质的可燃极限。分析试验数据发现随初始反应温度升高,可燃下限降低,可燃上限升高,而且可燃上限的变化趋势明显大于可燃下限。当二氧化碳稀释度一定时,混合物可燃极限随温度线性变化。最后对小分子烷烃-二氧化碳混合物进行安全性分类,当稀释度不大于FIP点稀释度时,均属于A3类,稀释度大于FIP点浓度时,属于A1类。基于临界火焰温度理论建立变温下烷烃-二氧化碳混合物可燃极限预测模型。首先基于Chemkin软件分析得到30°C到70°C温度范围内,燃烧产物组分变化很小。然后基于质量守恒和能量守恒方程建立可燃极限与计算绝热火焰温度的关系式。假设计算绝热火焰温度不随初始反应温度变化,同时在可燃上限引入计算绝热火焰温度与稀释度的线性关系,预测烷烃-二氧化碳混合物的可燃极限。最后理论分析模型在25°C-222.5°C温度范围内具有很好的精度,验证模型可靠性。基于基团贡献法建立可燃碳氢化合物-惰性气体混合物可燃极限预测模型。选用MG基团贡献法建立纯碳氢化合物可燃极限预测模型,引入惰性气体的稀释度和贡献因子,修正模型以预测混合物可燃极限,在扩大了预测范围的基础上,保证了模型的预测精度。同时对基团贡献预测模型进行不确定性分析,估算95%置信区间。实际应用中,可选用可燃下限置信区间的下限值和可燃上限置信区间的上限值做保守预测,最大程度避免潜在爆炸危险。