HFO-1234ze(E)/CO_(2)混合气体工频击穿及分解特性实验研究

近年来,由于HFO-1234ze(E)具备良好的环保特性和优良的绝缘性能,被认为有较大潜力应用于中低压设备中。目前针对该气体的试验探究相对比较少。文中首先计算了不同气压下HFO-1234ze(E)/CO_(2)混合气体的液化温度,然后利用气体绝缘性能测试平台,分别探究了气压、混合比对HFO-1234ze(E)/CO_(2)混合气体绝缘特性的影响,并讨论实际工程应用中的最优混合比和气压值,再采用气相色谱质谱联用仪(GC-MS)对分解产物进行定性分析,同时对分解产物进行了仿真计算。研究结果表明在不同均匀场的条件下,HFO-1234ze(E)/CO_(2)混合气体的绝缘性能均随着混合比的提升而提高,击穿电压呈近似线性增长;在混合比保持不变的条件下,提高气压能够显著改善HFO-1234ze(E)/CO_(2)混合气体绝缘性能;同时在0.3 MPa条件下,20%~25%体积分数的HFO-1234ze(E)不仅具有良好的绝缘水平,而且受到电场不均匀度的影响相对较小,适用于实际工程应用。HFO-1234ze(E)/CO_(2)混合气体具有良好的自恢复绝缘特性,分解的产物主要为氢氟化碳(HFC)和碳氢化合物(HC),仿真结果表明分解产物较为稳定。综合实验和仿真计算结果表明HFO-1234ze(E)/CO_(2)混合气体有潜力替代SF6气体应用中低压绝缘设备中。

气相催化脱氟化氢制备HFO-1234ze简述

1,3,3,3-四氟丙烯(HFO-1234ze)的臭氧层破坏潜值(ODP)为0,温室效应潜值(GWP)小于4,是HFCs(氢氟烃)的理想低碳环保替代品,被用作发泡剂、制冷剂和气雾剂等。HFO-1234ze的合成方法主要有调聚氟化法、炔烃加成法、加成增碳法、氟氯交换法、异构化法和气相脱氟化氢法等。其中气相催化脱卤法环境污染小,操作简单,易于工业化生产,且原料转化率和目标产物选择性均较高。该文从气相催化脱氟化氢合成HFO-1234ze的方法、催化机理、催化剂等方面做了简单综述,期望能对研究者提供参考。

HFO-1234ze(E)对庚烷火焰抑制作用研究

随着《基加利修正案》的实施,目前广泛使用的以七氟丙烷为代表的氢氟碳化物气体灭火剂,即将被限制使用和逐步淘汰。环境友好的HFO-1234ze(E)作为一种新型制冷剂已得到广泛使用,作为含氟烯烃也属于替代灭火剂的筛选范围。本文采用杯式燃烧器测定了HFO-1234ze(E)的灭火体积分数;同时研究了空气流量对其灭火体积分数的影响,并分析了其可能的灭火机理。试验结果表明,HFO-1234ze(E)对庚烷火焰的临界灭火体积分数为11.5%,对火焰的抑制作用较强,受空气流量影响不大;其可能的主要灭火机理是以其高温分解产生的含氟基团捕捉燃烧反应的自由基,终止链反应而使火焰熄灭。因此,可将HFO-1234ze(E)作为环保的替代灭火剂开展深入研究。

不同温度下环保型HFO-1234ze(E)/CO_(2)混合气体分解机理

由于SF6气体的温室效应,以C_(4)F_(7)N、C_(5)F_(10)O、C_(6)F_(12)O和HFO-1234ze(E)等气体为代表的新型环保替代气体得到了广泛的关注,但对于这些气体分子在局部过热或放电状态下导致设备内部温度升高时的分解机理还缺乏研究。为了进一步探究新型环保气体替代SF6气体的可行性,本文以HFO-1234ze(E)分子为例,基于ReaxFF反应分子动力学方法和密度泛函理论,从微观层面模拟研究了HFO-1234ze(E)分子和不同温度下20%HFO-1234ze(E)/80%CO_(2)混合气体的分解现象。结果发现:HFO-1234ze(E)分子存在着7种不同的分解路径,且CO_(2)中的C=O会最先分解;而HFO-1234ze(E)中的C—F键和C=C双键焓值较高,断裂较为困难,随着温度的升高,发生分解的时间也越早。当温度低于2000 K时,HFO-1234ze(E)/CO_(2)混合气体几乎都不会发生分解;当温度为2000 K时,HFO-1234ze(E)分子不会发生分解,CO_(2)分子会迅速发生分解;当温度为2600 K以上时,温度每上升2000 K,HFO-1234ze(E)分子就会多分解5个左右,CO_(2)分子就会多分解35个左右,直到最后基本完全分解。混合气体主要分解产生CO、O_(2)、C_(2)O_(2)、HF、CF_(4)、C_(2)F_(6)、C_(3)F_(6)和C_(3)H_(3)F_(3)等各类自由基,其中:CO为有毒气体、HF为强腐蚀性气体,应采取措施对其含量进行监测;其他分解产物的化学性质均较为稳定且对环境无害,并仍然具有一定的绝缘能力。以上表明20%HFO-1234ze(E)和80%CO_(2)混合气体在一定程度上可以完全替代SF6气体,这也为进一步研究其他新型环保混合气体提供了理论依据和工程指导。

环保绝缘气体HFO-1234ze(E)研究现状

六氟化硫因其在绝缘性能和灭弧性能上的显著优势,广泛用于气体绝缘设备中,但SF6是一种高温室效应气体.因此,SF6替代气体的研究受到了国内外研究学者的广泛研究.近年来,HFO-1234ze(E)因其较低的GWP值和良好绝缘强度受到了环保气体领域的广泛关注,研究表明其作为绝缘介质存在一定优势,但同时也存在一定问题.本文分别对HFO-1234ze(E)的基本性质、GWP值、液化温度、绝缘性能和分解特性的研究现状分别进行了归纳总结,总结了现阶段的研究成果,从不同方面综合分析了该气体在工程应用方面的适用性,并对其存在的不足提出了相应的改进方法.

HFO-1234ze在空气源热泵热水器中替代R417A、R22的研究

首先从热物性、ODP、GWP、工质毒性、可燃性方面对HFO-1234ze、R417A、R22三种制冷剂进行对比,并进行理论计算,初步分析HFO-1234ze制冷剂运用在空气源热泵热水器上的可行性。然后,在焓差法实验室内,对分别采用HFO-1234ze,R417A和R22作为制冷工质的空气源热泵热水器进行名义工况下的性能测试,对三种制冷剂的吸排气温度,吸排气压力,压缩机输入功率、制热量、性能系数进行对比分析。本文研究结果显示HFO-1234ze可以作为R417a与R22在热泵热水器中的替代制冷剂。此次研究为热泵热水器的工质选择提供参考。

HFO-1234yf与HFO-1234ze(E)热物性参数测试结果综述

概述了低GWP值的HFO-1234yf与HFO-1234ze(E)的热物性测试的技术与社会背景;介绍了这两种工质的热物性参数测试内容、测试方法和测试结果及HFO-1234yf的Martin-Hou状态方程;比较了日本学者与Honeywell公司的HFO-1234yf热物性参数测试结果;阐述了笔者的几点个人感想、认识与希望。

HFO-1234ze(E)在不同湿度下燃烧极限实验研究

对HFO-1234ze(E)在不同湿度下的燃烧极限进行了实验研究,结果表明:HFO-1234ze(E)在20%RH以下空气中不可燃,在40%RH及以上空气中为可燃,且燃烧范围随着湿度增加而增加。

气相催化合成HFO-1234ze研究进展

HFO-1234ze温室效应低(GWP <4),是HFCs的理想低碳环保替代品。气相催化制备HFO-1234ze的方法,反应温度较低,过程中不会产生大量三废,可以有效降低能耗,减少环境污染,且该气相催化法的原料转化率和目标产物选择性均较高。本文从HFO-1234ze特性、气相催化合成HFO-1234ze的催化剂种类、气相催化合成HFO-1234ze的制备方法等方面做了简单综述,以期能对HFO-1234ze的研究提供参考。

环保型介质HFO-1234ze(E)的分解路径及其化学反应速率分析

近年来,HFO-1234ze(E)被电力行业研究者们视为一种具有较大潜力应用于中低压电气设备中的新型环保气体,但是对该分子的分解过程及化学反应速率还缺乏研究。该文首先基于密度泛函理论(DFT)计算了HFO-1234ze(E)的基本性质、气体分子断键和成键的规律、反应的焓值变化和化学反应速率,推断出可能的分解及其复合路径,并对分解产物的频率特性进行分析;最后通过工频击穿放电试验,采用气相色谱质谱联用仪(GC-MS)对分解产物进行定性分析。研究发现HFO-1234ze(E)分子的初步解离途径主要为C=C双键、C-H以及C-F单键;自由基F产生的路径较多,且相应的焓值变化较低,在分解过程中占主导地位;通过化学反应速率的计算,发现C-H键反应较为容易发生,验证了C-H键具有较高的化学反应活性且反应中存在大量自由基H;对分解产物的频率特性分析发现,除顺式C_(3)H_(2)F_(4)以外均具有稳定的结构,同时试验分解产生的CF_(4)、C_(2)F_(6)和C_(3)F_(6)等产物,与仿真结果基本相一致,验证了仿真计算结果。

HFC-245fa裂解脱氟化氢制备HFO-1234ze催化剂的研究进展

HFO-1234ze是一种具有零ODP,低GWP的化合物,是目前能够替代HFCs的第四代制冷剂,综述介绍了HFC-245fa裂解脱氟化氢制备HFO-1234ze的方法及反应所用的催化剂。

新型制冷工质HFO-1234ze(E)蒸气压方程

为了更完善地认识新型制冷剂HFO-1234ze(E)的热物性,在公开发表的HFO-1234ze(E)饱和蒸气压实验数据的基础上,通过仔细分析各个实验数据的精确程度,筛选出一套由118组数据点组成的综合数据,经过拟合得到一系列蒸气压方程,对比各个方程对拟合数据的绝对偏差和相对偏差,得到一个适用范围较宽(232.990—380.002 K)且精度良好的四项Wanger型HFO-1234ze(E)蒸气压专用方程。该方程对拟合数据的平均相对偏差为-0.02%。同时,通过新方程计算得到HFO-1234ze(E)的正常沸点以及偏心因子,可以供物性计算和工程运用,具有较高的实际应用价值。

新型低GWP高温热泵工质HFO-1234ze(Z)的研究进展

高温热泵可以有效回收工业余热,达到节能减排和保护环境的目的。目前,有关高温热泵技术的研究热点在于寻找一种全球变暖潜能值(GWP)低、使用性能良好的工质,以替代现有CFC-114、HFC-245fa工质。对新型环境友好型工质HFO-1234ze(Z)进行了综述,其GWP<1,临界温度高于423K,是一种潜在的高温热泵替代工质。总结了近年来国内外学者对HFO-1234ze(Z)的合成技术、热力学性质、输运性质、传热性能等方面的研究,并分析了HFO-1234ze(Z)在高温热泵系统中应用的可行性,认为HFO-1234ze(Z)在高温热泵中具有较好的工作性能和发展前景。

新型制冷剂——HFO-1234ze和HFO-1234yf

作为制冷剂,HFC-134a的淘汰已经进入了倒计时,四氟丙烯HFO-1234ze和HFO-1234yf作为其替代品已经脱颖而出。介绍了HFO-1234ze和HFO-1234yf的物理性能、制冷效率、可燃性、换热性质、互溶性、材料相溶性、用途以及合成研究进展。

新型制冷剂HFO-1234ze(E)及HFO-1234yf的对比及研究进展

本文对具有零消耗臭氧潜能值(ODP)、低全球升温潜能值(GWP)、非毒性、可接受的系统能量效率、化学稳定性、合适的操作压力、高安全性的新型可持续制冷剂反式-1,3,3,3-四氟丙-1-烯(HFO-1234ze(E))及2,3,3,3-四氟丙烯(HFO-1234yf)理化性能、用途及合成研究等多方面进行了对比研究,并通过分析比较二者的区别和共性让研究者对其有更加系统、直观的认知。

外电场对HFO-1234ze(E)分子的结构和性质的影响

初步研究表明,HFO–1234ze(E)具有良好的绝缘性能和环保性能,有潜力作为绝缘介质应用于电气设备中。考虑到气体绝缘介质在设备中应用时处于外加电场作用下,然而目前尚无关于HFO–1234ze(E)气体特性受电场影响的研究。因此,通过理论计算获取了电场对HFO–1234ze(E)的分子结构和性质参数的影响规律,剖析不同电场作用下HFO–1234ze(E)微观特性的变化,从而揭示其具有良好绝缘性能的本质。计算结果显示HFO–1234ze(E)分子结构中除C—H键外其余键长存在明显变化,SF_(6)分子中仅沿电场方向的S—F键存在变化。HFO–1234ze(E)的能隙值随外电场增大而减小,电子跃迁更容易发生,分子结构化学稳定性降低,且C=C双键附近的电荷密度较大,具有较强的化学反应活性;同时HFO–1234ze(E)的能隙值整体小于SF_(6)的分子轨道能隙值,表明其分子结构化学稳定性略弱于SF_(6)。分子的结构变化会导致分子的性质改变,且气体的介电强度与分子的极化率和电离能存在紧密联系,与SF_(6)对比,HFO–1234ze(E)分子的电离能略低于SF_(6)的电离能,但极化率明显高于SF_(6),同时根据工频击穿实验结果,气压为0.1~0.3 MPa范围内时纯HFO–1234ze(E)的击穿电压为SF_(6)的0.78~0.89,具备较好的绝缘性能。

水平管内超临界R1234ze(E)冷却传热性能的神经网络预测

为探究神经网络在预测:超临界传热方面的有效性,建立了水平直管内超临界R1234ze(E)冷却传热的神经网络预测模型,并与修正的Dittus-Boelter(D-B)型传热关联式进行比较分析.研究表明,输入参数对于反向传播神经网络(BPNN)预测精度的影响很大,且并非所有BPNN输入参数组合都能带来比传热关联式更好的预测结果.输入参数组合Re_(b),Pr_(b),ρ_(b)/ρ_(w),C_(p)/C_(pw),λ_(b)/λ_(w),μ_(b)//μ_(w)的预测表现最好,对于试验集的预测结果的平均绝对偏差和最大偏差仅为2.02%和9.34%,远低于传热关联式预测偏差,且对于高温段h的趋势、h最大值以及h峰值位置的预测比关联式更加准确.此外,将遗传算法优化的BP(GA-BP)模型与BP模型在两种不同的适应度值计算方式下进行比较,揭示GA-BP在提高超临界传热预测精度方面的有效性.研究表明,当网络训练与适应度值计算采用相同数据时,将引起过拟合,并不能进一步提高预测精度;当网络训练与适应度值计算采用不同数据时,可使得网络泛化性能提高,预测结果的均方根偏差和最大偏差均有进一步的降低.

HFO-1234ze(Z)热解机理的DFT研究

通过密度泛函理论(DFT)对1,1,1,3-四氟丙烯(HFO-1234ze(Z),CF_3CH=CHF)的热解反应路径进行研究,对可能得热解产物(CF_3H,CF_4,HF)进行了分析。结果表明:在均裂反应中,CF_3自由基最易生成,其活化能为210.25 kJ mol^(-1)。相比之下,由于较高的活化能,F自由基最难产生。在随后的链式反应中,生成CF_3H所需的活化能最低为64.23kJ mol^(-1)。而生成CF_4和HF所需的活化能较高。本文从分子尺度研究了HFO-1234ze的热解机理并为研究有机工质的热稳定性提供了参考。

HFO-1234ze(E)氧化分解机理的ReaxFF模拟研究

采用密度泛函理论和ReaxFF力场对HFO-1234ze(E)的氧化分解机理进行了研究。分析了起始反应、氧化分解反应的主要产物、温度对氧化分解的影响和HFO-1234ze(E)数量对氧化分解的影响等。起始反应主要是HFO-1234ze(E)发生均裂反应,起始反应阶段生成的自由基主要是F自由基、H自由基和CF_(3)自由基,O_(2)主要是跟起始反应生成的自由基进行反应。HFO-1234ze(E)氧化分解的主要产物是HF、CO、CO_(2)、COF和COF_(2)等,这与文献中实验结果一致。增加温度会促进CF_(3)自由基和CO分子的生成,但会抑制COF自由基的生成。增加HFO-1234ze(E)的初始值对消耗的HFO-1234ze(E)占初始值的比例无明显影响,但HF生成量与HFO-1234ze(E)的初始值成正比。从分子尺度进行研究,有助于了解HFO类工质氧化反应机理。

R1234ze(E)制冷剂PC-SAFT状态方程

R1234ze(E)属于氢氟烯烃类(HFOs)物质,是一种新型替代制冷工质。为了更加精确地描述其热力学性质,以PC-SAFT状态方程为基础,利用文献公开报道的R1234ze(E)的饱和液相密度及饱和蒸气压测量数据,拟合获取到PC-SAFT状态方程的3个参数。基于MATLAB软件,实现了利用PC-SAFT状态方程计算工质的热力学性质。研究结果表明:与CPA状态方程相比,PC-SAFT状态方程在计算饱和气相密度时偏差有所增大,但是在计算饱和液体密度和单相液体密度时的精度显著提升。