#### 期刊菜单

R290用焓差实验室制冷剂泄漏模拟分析
Laboratory Refrigerant Leak Simulation Analysis with Enthalpy Difference for R290
DOI: 10.12677/MOS.2024.131040, PDF, HTML, XML, 下载: 108  浏览: 132

Abstract: R290 is a promising alternative refrigerant for air conditioning. In order to promote the safe appli-cation of R290 in air conditioning, this paper takes the R290 enthalpy difference laboratory built by a certain unit as the research object, and establishes a mathematical model for the leakage and dif-fusion of indoor self-circulating refrigerant in a limited space. In the case of leakage of the tested re-frigeration equipment (heat pump) using R290 as refrigerant, CFD is used to simulate the test room after leakage, and the explosion risk of R290 leaking into the limited outer space is analyzed and discussed. In this paper, it is assumed that the leakage hole is a circular leak hole, the diameter of the leak hole is 4 mm, the leakage amount is 1.3 kg, and the leakage time is 240 s, and the leakage rate is uniform throughout the whole process. It is found that there is no concentration range of R290 explosion in the whole process except near the leakage port within the leakage time (240 s).

1. 引言

2. 模型建立

2.1. 物理模型

2.2. 模型简化

1) 实验室墙面和顶板以及空气循环柜的壁面均抽象为平面，数值求解时，将房间壁面简化为一个平面，不考虑其厚度，采用绝热壁面作为边界条件。空气处理柜里只有循环风机。

2) 实验内介质空气与丙烷的混合视为不可压缩理想气体，满足气体状态方程 [8] ，满足连续方程，动量方程。能量方程和组份方程，

3) 对被测机制冷剂R290泄漏过程做出如下假设，泄漏的成分为100% R290气体，计算域内各项参数均匀，泄漏孔为圆形，泄漏过程中孔径不变，为4 mm，泄漏的质量流速不变，泄漏时间为240 s，为连续泄漏状态。泄露完毕后泄漏速度直接变为0，R290的密度为1.83 kg/m3，空气密度为1.2 kg/m3。房间内压力为大气压力101.325 kPa，干重力加速度垂直向下。

Figure 1. Schematic diagram of the outdoor room structure of the laboratory

Figure 2. Schematic diagram of a laboratory physical model

2.3. 边界条件

1) 热泵泄漏处采用质量出口边界条件。质量流率为0.0055 kg/s，温度323.15 k。

2) 空柜入口(空气循环进气口)和空气出口(空气柜循环出口)选用interior边界条件，不做设置。循环风机采用fan边界条件，设置压降为常量。本次实验室风机压降为658 Pa。

3) 孔板采用porous-jump边界条件，在已知肋板前后的压强和速度的增量时，可以采用多孔跃升边界条件进行定义，与多孔介质模型相比，使用该模型使得计算收敛性更好，并且在存在扰动的情况下不易引起发散，因此在计算过滤器、薄肋板、孔板等应该尽量采用此边界条件 [9] 。

4) 房间壁面，空柜壁面以及被测机外壳均采用wall边界条件，视为绝热面。

3. 数值模拟结果及分析

3.1. 泄漏时间(240 s)内的模拟结果以及分析

3.1.1. 泄漏时间为10 s时的R290的浓度分布

(a) X = 3.43平面等质量分数线图 (b) Y = 0.615平面等质量分数线图(c) Z = 0.01平面等质量分数线图 (d) Z = 1.1平面等质量分数线图

Figure 3. Mass fraction distribution of R290 in each plane when the leakage time is 10 s

3.1.2. 泄漏时间为240 s时R290的浓度分布。

(a) X = 3.43平面等质量分数线图 (b) Y = 0.615平面等质量分数线图(c) Z = 0.01平面等质量分数线图 (d) Z = 1.1平面等质量分数线图

Figure 4. Mass fraction distribution of R290 in each plane when the leakage time is 240 s

(a) X = 3.43平面 (b) Y = 0.615平面(c) Z = 0.01平面 (d) Z = 1.1平面

Figure 5. Mass fraction distribution of R290 at monitoring points within 240 s of leakage time

(a) X = 3.43平面等质量分数线图 (b) Y = 0.615平面等质量分数线图(c) Z = 0.01平面等质量分数线图 (d) Z = 1.1平面等质量分数线图

Figure 6. Distribution of R290 mass fraction in each plane at 10 s after leakage (1)

3.1.3. 泄漏时间(240 s)内监测点R290的浓度场变化

Figure 7. Distribution of R290 mass fraction in each plane at 10 s after leakage (2)

3.2. 泄漏结束后R290的浓度分布

4. 实验与模拟对比分析

Figure 8. R290 mass fraction distribution of monitoring points in z = 1.1 plane within 240 s leakage time

5. 结论

1) 不论是在泄漏进行的时候，还是在泄漏结束后，房间内的都不会存在R290燃爆极限的区域。

2) 在循环风机的作用下，泄漏口喷射的R290进入空气循环系统经由孔板进入房间后，整个房间内的R290分布均匀，没有R290沉积的现象。

 [1] 全国冷冻空调设备标准化技术委员会. GB/T 7778-2017制冷剂编号方法和安全性分类[S]. 北京: 中国标准出版社, 2020. [2] Colbourne, D., Pitarch Mocholi, M., Munzinger, P., Oppelt, D., Paetzold, B. and Vince, I. (2021) Leak Hole Sizes from Refrigeration, Air Conditioning and Heat Pump Systems. International Journal of Refrigeration, 131, 559-567. https://doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2021.07.003 [3] Li, Y., Yang, J., Wu, X., et al. (2023) Explosion Risk Analysis of R290 Leakage into a Limited External Space. Applied Thermal Engineering, 225, 120122. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2023.120122 [4] 丁家琦. R290空气源冷热水热泵机组泄漏安全性研究[D]: [硕士学位论文]. 武汉: 华中科技大学, 2019. [5] 海腾蛟. 家用空调可燃制冷剂泄漏危险性模拟[D]: [硕士学位论文]. 武汉: 华中科技大学, 2014. [6] Li, T. (2014) Indoor Leakage Test for Safety of R-290 Split Type Room Air Conditioner. International Journal of Refrigeration, 40, 380-389. https://doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2013.11.023 [7] 全国冷冻空调设备标准化技术委员会. GB/T 21362-2023商业或工业用及类似用途的热泵热水机[S]. 北京: 中国标准出版社, 2023. [8] 孙秉才, 冉冉, 顾晓敏, 等. LPG低温储罐泄漏扩散数值模拟及影响因素分析[J]. 工业安全与环保, 2022, 48(9): 26-30. [9] 李盼. 机械回转反吹袋滤器内温度场和流场数值模拟[D]: [硕士学位论文]. 秦皇岛: 东北大学, 2017.