泄漏速度与窗换气量变化对R32可燃风险的影响研究

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我国是制冷剂最大的生产国和消费国,随着环境问题的凸显,迫切需要寻找一种新型制冷剂来替代氟利昂制冷剂。根据智研咨询发布的《2017-2022年中国制冷剂行业市场运营态势及发展前景预测报告》,日本使用的主流制冷剂是R410a,在美国R22制冷剂依然是使用占比最大的制冷剂,在欧洲地区使用发展速度较快的是R134a。目前所使用的制冷剂主流是第三代制冷剂,包括:R134a、R125、R32、R407c、R410a、R152等,比较这些制冷剂的GWP、ODP值,R32的ODP为0,GWP只有675,R32是目前最适合的替代或过渡性制冷剂,但是R32具有微可燃性,在使用前必须对其安全性进行全面的研究。在外界环境条件不变的条件下,通过实验和数值模拟的方法,分析以R32为制冷剂的10-13匹空调系统,在某个房间发生制冷剂泄漏的安全性,得到泄漏速度、窗开启面积、障碍物与泄漏口的距离等因素对R32泄漏扩散规律、浓度分布及房间内安全性的影响。在实验数据分析过程中,利用浓度点线图得出R32浓度随时间的变化曲线,通过分析泄漏速度对T1(R32浓度首次达到LFL的时间)、T2(R32浓度在可燃区间的维持时间)、T3(超过UFL的维持时间)、T4(浓度下降阶段在可燃区间的维持时间)、Cmax(浓度最大值)等的影响,得到泄漏速度对房间内R32进入可燃区域参数和扩散规律的影响。研究结果表明,泄漏速度对R32扩散规律的影响可以分为两个阶段,0-45L/min,45-90L/min。泄漏速度对T1、T2的影响效果一致,都是随着泄漏速度的增加而降低,0-45L/min阶段T1、T2下降速度较快,下降原来值的50-80%之间,45-90L/min之间对T1、T2的影响较小。在0-45L/min之间,泄漏速度对T3、T4的影响较小,规律性不强,45-90L/min之间,T3、T4随着泄漏速度的增加而降低。当泄漏速度为90L/min,只有在0.15m平面的R32浓度超过UFL(31.0%),其它区域R32浓度没有达到UFL(31.0%),垂直高度大于0.15m的空间R32浓度一直处于可燃区间。根据房间内测点的布置,把房间内有测点分布的区域进行网格划分,然后分析进入可燃区域和超过UFL的时间点,最先达到LFL(14.4%)的位置和超过UFL(31.0%)的位置,得出R32的泄漏扩散规律及容易发生危险的位置。研究结果表明,泄漏速度对最先进入可燃区域的位置影响,可以分为两个阶段:(1)0-15L/min,泄漏速度较小,R32得到的初动能较小,制冷剂的运动距离短,所以最先出现R32浓度超过LFL的位置在房间中部,距离泄漏口1-2m,垂直高度为0.5-1.15m之间;(2)30-90L/min,泄漏速度大,R32浓度最先超过LFL的位置在距离泄漏口3-4.4m之间,垂直高度1.15m以下。泄漏速度对浓度大于UFL区域的位置分布,可以分为两个阶段:(1)0-30L/min,R32浓度最先超过UFL的位置在房间中部,距离泄漏口1-3m之间,垂直高度0.5-1.15m之间;(2)45-90L/min,R32浓度最先超过UFL的位置在距离泄漏口最远的墙角,距离泄漏口3-4.4m之间,泄漏速度较大,R32是先在贴近地面位置聚集,然后向垂直高低较高的位置扩散。在0.15m和1.15m两个平面布置的测点较多,通过网格划分并迭代求解,可以得到两个平面的浓度分布云图,然后分析泄漏速度对两个平面内浓度分布的影响,得到R32泄漏扩散规律的影响。通过浓度分布云图,可以得到,泄漏速度对平面内R32浓度分布的影响,分为三个阶段:(1)0-15L/min,泄漏速度较小,制冷剂房间中部浓度较大;(2)30-45L/min,在0.15m平面,距离泄漏口正下方的浓度相对较低,1.15m平面,浓度最大值在房间中部;(3)60-90L/min,泄漏速度较大,在0.15m平面,制冷剂会沿地面或墙壁向泄漏口正下方扩散,形成,房间中部浓度相对较低,四周及墙角位置浓度较高,在1.15m平面,形成房间中部区域浓度高,两侧浓度依次降低。当泄漏速度为15L/min时,制冷剂喷射到房间中部,然后向四周扩散,当泄漏速度为30-90L/min时,在0.15m平面,由于泄漏速度较大,制冷剂直接喷射到y=3.5的位置,泄漏口下端0-1.5m之间会形成浓度真空段,浓度较低,制冷剂会在y=4.4m处墙角位置聚集。在1.15m平面,制冷剂形成明显的条状等值区域,从左向右浓度依次升高,随着泄漏速度的增加。当泄漏速度为30-90L/min,空气阻力增大,R32扩散速度加快,所以x=1.2、x=2m之间R32浓度会比两侧高出2%。研究窗的开启面积对房间内R32浓度分布和可燃区域的影响;利用数值模拟的方法,分析窗开启和有障碍物对R32泄漏扩散的影响。研究结果表明,当窗开启时,房间内1.15m以下的位置没有出现可燃区域,在2m位置出现可燃区域。通过数值模拟我们可以清楚的看出R32的扩撒轨迹,室内R32的浓度分布,及不同工况下的可燃区域的变化。
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