CN111551666B - 一种可燃液体混合物燃烧条件判断方法及计算机 - Google Patents

一种可燃液体混合物燃烧条件判断方法及计算机 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种可燃液体混合物燃烧条件判断方法及计算机。该方法包括：S1、可燃液体混合物的组分1、组分2、组分3、…、组分i、…、组分n的纯质在初始温度T和初始压力p时的爆炸下限值分别为L1、L2、L3、…、Li、…、Ln；根据气液相平衡计算出获得组分1、组分2、组分3、…、组分i、…、组分n的实际气相分压之和p'v；S3、计算出实际混合蒸气的爆炸下限
Figure DDA0002444388440000011
得到气相分压之和p”v；S4、取可燃液体混合物的爆炸下限
Figure DDA0002444388440000012
计算y＝p'v‑p”v；若y＞0，则可燃液体混合物在初始出温度T和初始压力p下可燃。本发明在已知包含难挥发性液体的多元混合物的组元和配比时，可估算得到该多元液体混合物是否可燃。

Description

一种可燃液体混合物燃烧条件判断方法及计算机
技术领域
本发明涉及液体蒸气的可燃性研究领域，更具体地说，涉及一种可燃液体混合物燃烧条件判断方法及计算机。
背景技术
爆炸极限是可燃气体及液体蒸气最主要的安全性指标之一，目前国内外关于可燃物爆炸极限的研究大多局限于可燃性气体，可燃性液体爆炸极限的研究非常少见，且其中大部分研究均为可燃性液体纯质爆炸极限的研究。在安全性的研究中，可燃性气体一般均可当做理想气体计算，因此气体爆炸极限的实验研究和理论研究均较为简单。可燃性液体的研究相对气体较为复杂，在可燃性液体燃烧时，首先液体挥发为蒸气，当挥发出的可燃性蒸气在空气中的浓度达到其爆炸极限范围内，即可能发生燃烧。
现安全性研究中，可燃性气体一般均可当做理想气体计算，因此气体爆炸极限的实验研究和理论研究均较为简单，无法计算不易挥发气体的爆炸极限。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种可燃液体混合物燃烧条件判断方法及计算机。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种可燃液体混合物燃烧条件判断方法，包括：
S1、可燃液体混合物包括组分1、组分2、组分3、…、组分i、…、组分n，通过实验测得所述组分1、组分2、组分3、…、组分i、…、组分n的纯质在初始温度T和初始压力p时的爆炸下限值分别为L1、L2、L3、…、Li、…、Ln，其中n为大于1的整数，i为整数且1＜i＜n；
S2、所述可燃液体混合物中组分1、组分2、组分3、…、组分i、…、组分n的摩尔比为c1:c2:c3:…ci…:cn，根据气液相平衡计算出在所述初始出温度T和所述初始压力p下所述组分1、组分2、组分3、…、组分i、…、组分n的实际液相摩尔分数xL1、xL2、xL3、…、xLi、…、和xLn，气相摩尔分数为xv1、xv2、xv3、…、xvi、…、和xvn；进而获得所述组分1、组分2、组分3、…、组分i、…、组分n的实际气相分压之和p′v；
S3、由Le Chatelier方程计算出实际混合蒸气的爆炸下限
Figure BDA0002444388420000022
得到在所述初始出温度T和所述初始压力p下爆炸极限浓度所对应的所述组分1、组分2、组分3、…、组分i、…、组分n的气相分压之和p″v；
S4、取所述可燃液体混合物的爆炸下限
Figure BDA0002444388420000023
计算y＝p′v-p″v；若y＞0，则所述可燃液体混合物在所述初始出温度T和所述初始压力p下可燃；若y＜0，则所述可燃液体混合物在所述初始出温度T和所述初始压力p下不可燃。
进一步，在本发明所述的可燃液体混合物燃烧条件判断方法中，在所述步骤S3之后还包括：
S5、取所述可燃液体混合物的爆炸下限
Figure BDA0002444388420000024
计算y＝p′v-p″v；若y＞0，则增大所述初始压力p的值后按照步骤S1至步骤S3重新进行计算，直至y＝0，此时所对应的压力为所述可燃液体混合物在所述初始出温度T时的临界可燃压力。
进一步，在本发明所述的可燃液体混合物燃烧条件判断方法中，所述步骤S2包括：
气液相平衡的计算使用Raoult定律进行计算，设所述组分1、组分2、组分3、…、组分i、…、组分n和空气的气相分压分别为p1、p2、p3、…、pi、…、pn和pair；当估算可燃液体混合物的爆炸下限时，对于组分i有：
Figure BDA0002444388420000021
由此可得组分1～(n-1)分别有：
Figure BDA0002444388420000031
Figure BDA0002444388420000032
Figure BDA0002444388420000033
……
Figure BDA0002444388420000034
其中
Figure BDA0002444388420000035
为组分i在温度为T/K时的饱和蒸气压；对于气相混合物，根据
Figure BDA0002444388420000036
可得
Figure BDA0002444388420000037
联立式(1)、(2)、(3)、……、(n)解方程组可得温度为T、压力为p、可燃液体混合物的爆炸下限
Figure BDA0002444388420000038
时，所述组分1、组分2、组分3、…、组分i、…、组分n的实际液相摩尔分数为xL1、xL2、xL3、…、xLi、…、和xLn，气相摩尔分数为xv1、xv2、xv3、…、xvi、…、和xvn；
Figure BDA0002444388420000039
所述组分1、组分2、组分3、…、组分i、…、组分n的实际气相分压之和为：
Figure BDA0002444388420000041
进一步，在本发明所述的可燃液体混合物燃烧条件判断方法中，所述步骤S2包括：
气液相平衡的计算使用REFPROP软件进行计算，在REFPROP软件中选择所述组分1、组分2、组分3、…、组分i、…、组分n和空气，按已知的c1、c2、c3、…、ci、…、cn和可燃液体混合物的爆炸下限
Figure BDA0002444388420000042
计算后分别输入每种组分的比例构成实际混合物，然后使用软件计算出实际液相摩尔分数为xL1、xL2、xL3、…、xLi、…、和xLn，气相摩尔分数为xv1、xv2、xv3、…、xvi、…、和xvn；所述组分1、组分2、组分3、…、组分i、…、组分n的实际气相分压之和；
Figure BDA0002444388420000043
进一步，在本发明所述的可燃液体混合物燃烧条件判断方法中，对于REFPROP软件中没有包含的物质，使用P-R方程建立该物质在REFPROP软件中的.fld文件，然后调用REFPROP软件再进行气液相平衡的计算。
进一步，在本发明所述的可燃液体混合物燃烧条件判断方法中，对于REFPROP软件中没有包含的物质，其与其他可燃物的二元交互作用系数取为1并写入REFPROP软件安装目录下的HMX.BNC文件中。
进一步，在本发明所述的可燃液体混合物燃烧条件判断方法中，所述步骤S3包括：
根据Le Chatelier方程，计算实际气相摩尔分数为xv1、xv2、xv3、…、xvi、…、和xvn时，可燃蒸气混合物的爆炸下限
Figure BDA0002444388420000044
的估算方法为：
Figure BDA0002444388420000045
得到初始压力为p时爆炸下限时所对应的组分1、组分2、组分3、…、组分i、…、组分n的气相分压之和：
Figure BDA0002444388420000051
另外，本发明还提供一种计算机，所述计算机包括存储器和处理器，所述存储器用于存储计算机程序；
所述处理器执行所述计算机程序可实现如上述的可燃液体混合物燃烧条件判断方法。
实施本发明的一种可燃液体混合物燃烧条件判断方法及计算机，具有以下有益效果：本发明在已知包含难挥发性液体的多元混合物的组元和配比时，可估算得到该多元液体混合物是否可燃，解决了可燃液体混合物是否可燃的判定问题。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是实施例3提供的计算机的结构示意图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
实施例1
本实施例的可燃液体混合物燃烧条件判断方法包括下述步骤：
S1、可燃液体混合物包括组分1、组分2、组分3、…、组分i、…、组分n，通过实验测得组分1、组分2、组分3、…、组分i、…、组分n的纯质在初始温度T和初始压力p时的爆炸下限值分别为L1、L2、L3、…、Li、…、Ln，其中n为大于1的整数，i为整数且1＜i＜n；
S2、可燃液体混合物中组分1、组分2、组分3、…、组分i、…、组分n的摩尔比为c1:c2:c3:…ci…:cn，根据气液相平衡计算出在初始出温度T和初始压力p下组分1、组分2、组分3、…、组分i、…、组分n的实际液相摩尔分数xL1、xL2、xL3、…、xLi、…、和xLn，气相摩尔分数为xv1、xv2、xv3、…、xvi、…、和xvn；进而获得组分1、组分2、组分3、…、组分i、…、组分n的实际气相分压之和p′v。
作为选择，本实施例的可燃液体混合物燃烧条件判断方法中步骤S2包括：气液相平衡的计算使用Raoult定律进行计算，设组分1、组分2、组分3、…、组分i、…、组分n和空气的气相分压分别为p1、p2、p3、…、pi、…、pn和pair；当估算可燃液体混合物的爆炸下限时，对于组分i有：
Figure BDA0002444388420000061
由此可得组分1～(n-1)分别有：
Figure BDA0002444388420000062
Figure BDA0002444388420000063
Figure BDA0002444388420000064
……
Figure BDA0002444388420000065
其中
Figure BDA0002444388420000066
为组分i在温度为T/K时的饱和蒸气压；对于气相混合物，根据
Figure BDA0002444388420000067
可得
Figure BDA0002444388420000071
联立式(1)、(2)、(3)、……、(n)解方程组可得温度为T、压力为p、可燃液体混合物的爆炸下限
Figure BDA0002444388420000077
时，组分1、组分2、组分3、…、组分i、…、组分n的实际液相摩尔分数为xL1、xL2、xL3、…、xLi、…、和xLn，气相摩尔分数为xv1、xv2、xv3、…、xvi、…、和xvn；
Figure BDA0002444388420000072
组分1、组分2、组分3、…、组分i、…、组分n的实际气相分压之和为：
Figure BDA0002444388420000073
作为选择，本实施例的可燃液体混合物燃烧条件判断方法中步骤S2包括：气液相平衡的计算使用REFPROP软件进行计算，REFPROP软件可参考现有技术。在REFPROP软件中选择组分1、组分2、组分3、…、组分i、…、组分n和空气，按已知的c1、c2、c3、…、ci、…、cn和可燃液体混合物的爆炸下限
Figure BDA0002444388420000074
计算后分别输入每种组分的比例构成实际混合物，然后使用软件计算出实际液相摩尔分数为xL1、xL2、xL3、…、xLi、…、和xLn，气相摩尔分数为xv1、xv2、xv3、…、xvi、…、和xvn；组分1、组分2、组分3、…、组分i、…、组分n的实际气相分压之和；
Figure BDA0002444388420000075
对于REFPROP软件中没有包含的物质，使用P-R方程建立该物质在REFPROP软件中的.fld文件，然后调用REFPROP软件再进行气液相平衡的计算。
对于REFPROP软件中没有包含的物质，其与其他可燃物的二元交互作用系数取为1并写入REFPROP软件安装目录下的HMX.BNC文件中。
S3、由Le Chatelier方程计算出实际混合蒸气的爆炸下限
Figure BDA0002444388420000076
得到在初始出温度T和初始压力p下爆炸极限浓度所对应的组分1、组分2、组分3、…、组分i、…、组分n的气相分压之和p″v。
进一步，本实施例的可燃液体混合物燃烧条件判断方法中步骤S3包括：
根据Le Chatelier方程，计算实际气相摩尔分数为xv1、xv2、xv3、…、xvi、…、和xvn时，可燃蒸气混合物的爆炸下限
Figure BDA0002444388420000081
的估算方法为：
Figure BDA0002444388420000082
得到初始压力为p时爆炸下限时所对应的组分1、组分2、组分3、…、组分i、…、组分n的气相分压之和：
Figure BDA0002444388420000083
S4、取可燃液体混合物的爆炸下限
Figure BDA0002444388420000084
计算y＝p′v-p″v；若y＞0，则可燃液体混合物在初始出温度T和初始压力p下可燃；若y＜0，则可燃液体混合物在初始出温度T和初始压力p下不可燃。
本实施例在已知包含难挥发性液体的多元混合物的组元和配比时，可估算得到该多元液体混合物是否可燃，解决了可燃液体混合物是否可燃的判定问题。
实施例2
与实施例1的区别在于，本实施例的可燃液体混合物燃烧条件判断方法中在步骤S3之后还包括：
S5、取可燃液体混合物的爆炸下限
Figure BDA0002444388420000085
计算y＝p′v-p″v；若y＞0，则增大初始压力p的值后按照步骤S1至步骤S3重新进行计算，直至y＝0，此时所对应的压力为可燃液体混合物在初始出温度T时的临界可燃压力。
本实施例在已知包含难挥发性液体的多元混合物的组元和配比时，可估算得到该多元液体混合物是否可燃及临界可燃压力，解决了可燃液体混合物是否可燃的判定问题，以及可燃性液体的爆炸下限随初始压力变化的关系。
实施例3
参考图1，本实施例的计算机包括存储器和处理器，存储器用于存储计算机程序；处理器执行计算机程序可实现如上述的可燃液体混合物燃烧条件判断方法。
本实施例在已知包含难挥发性液体的多元混合物的组元和配比时，可估算得到该多元液体混合物是否可燃，解决了可燃液体混合物是否可燃的判定问题。
实施例4
使用本发明的估算方法，对摩尔分数为0.7:0.3的十一烷/正戊醇的二元混合物在初始温度60℃下的可燃性进行了估算。估算之前对该二元可燃液体在60℃、100kPa和310kPa下的爆炸下限进行了实验研究，其在100kPa时的爆炸下限测量值为2.06％，在310kPa时的爆炸下限测量结果为不可燃，说明其临界可燃压力在100～310kPa之间。
根据Raoult定律对气-液相平衡进行计算：
取
Figure BDA0002444388420000091
p＝100kPa，计算y＝p′v-p″v＝0.252kPa，表明该混合物在100kPa时可燃。
取
Figure BDA0002444388420000092
p＝310kPa，计算y＝p′v-p″v＝-2.129kPa，表明该混合物在310kPa时不可燃。
改变p的值，当y＝0时，p＝117kPa，即该混合物的临界可燃浓度为117kPa，在实验结果的范围之内。
实施例5
使用本发明的估算方法，对摩尔分数为0.3:0.7的十一烷/正戊醇的二元混合物在初始温度60℃下的可燃性进行了估算。估算之前对该二元可燃液体在60℃、100kPa和310kPa下的爆炸下限进行了实验研究，其在100kPa时的爆炸下限测量值为1.41％，在310kPa时的爆炸下限测量结果为不可燃，说明其临界可燃压力在100～310kPa之间。
使用REFROP软件对气-液相平衡进行计算，由于REFPROP中没有正戊醇，首先基于PR方程建立正戊醇的fld文件，并在REFPROP软件安装目录下的HMX.BNC文件中，将正戊醇与十一烷、氮气和氧气的二元交互作用系数全部写为1。
取
Figure BDA0002444388420000101
p＝100kPa，计算y＝p′v-p″v＝1.110kPa，表明该混合物在100kPa时可燃。
取
Figure BDA0002444388420000102
p＝310kPa，计算y＝p′v-p″v＝-1.724kPa，表明该混合物在310kPa时不可燃。
改变p的值，当y＝0时，p＝183kPa，即该混合物的临界可燃浓度为183kPa，在实验结果的范围之内。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。
以上实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据此实施，并不能限制本发明的保护范围。凡跟本发明权利要求范围所做的均等变化与修饰，均应属于本发明权利要求的涵盖范围。

Claims (7)

1.一种可燃液体混合物燃烧条件判断方法，其特征在于，包括：
S1、可燃液体混合物包括组分1、组分2、组分3、…、组分i、…、组分n，通过实验测得所述组分1、组分2、组分3、…、组分i、…、组分n的纯质在初始温度T和初始压力p时的爆炸下限值分别为L1、L2、L3、…、Li、…、Ln，其中n为大于1的整数，i为整数且1＜i＜n；
S2、所述可燃液体混合物中组分1、组分2、组分3、…、组分i、…、组分n的摩尔比为c1:c2:c3:…ci…:cn，根据气液相平衡计算出在所述初始出温度T和所述初始压力p下所述组分1、组分2、组分3、…、组分i、…、组分n的实际液相摩尔分数xL1、xL2、xL3、…、xLi、…、和xLn，气相摩尔分数为xv1、xv2、xv3、…、xvi、…、和xvn；进而获得所述组分1、组分2、组分3、…、组分i、…、组分n的实际气相分压之和p′v；
S3、由Le Chatelier方程计算出实际混合蒸气的爆炸下限
Figure FDA0003741243160000011
得到在所述初始出温度T和所述初始压力p下爆炸极限浓度所对应的所述组分1、组分2、组分3、…、组分i、…、组分n的气相分压之和p″v；
S4、取所述可燃液体混合物的爆炸下限
Figure FDA0003741243160000015
计算y＝p′v-p″v；若y＞0，则所述可燃液体混合物在所述初始出温度T和所述初始压力p下可燃；若y＜0，则所述可燃液体混合物在所述初始出温度T和所述初始压力p下不可燃；
所述步骤S3包括：
根据Le Chatelier方程，计算实际气相摩尔分数为xv1、xv2、xv3、…、xvi、…、和xvn时，可燃蒸气混合物的爆炸下限
Figure FDA0003741243160000013
的估算方法为：
Figure FDA0003741243160000014
得到初始压力为p时爆炸下限时所对应的组分1、组分2、组分3、…、组分i、…、组分n的气相分压之和：
Figure FDA0003741243160000021
2.根据权利要求1所述的可燃液体混合物燃烧条件判断方法，其特征在于，在所述步骤S3之后还包括：
S5、取所述可燃液体混合物的爆炸下限
Figure FDA0003741243160000028
计算y＝p′v-p″v；若y＞0，则增大所述初始压力p的值后按照步骤S1至步骤S3重新进行计算，直至y＝0，此时所对应的压力为所述可燃液体混合物在所述初始出温度T时的临界可燃压力。
3.根据权利要求1所述的可燃液体混合物燃烧条件判断方法，其特征在于，所述步骤S2包括：
气液相平衡的计算使用Raoult定律进行计算，设所述组分1、组分2、组分3、…、组分i、…、组分n和空气的气相分压分别为p1、p2、p3、…、pi、…、pn和pair；当估算可燃液体混合物的爆炸下限时，对于组分i有：
Figure FDA0003741243160000023
由此可得组分1～(n-1)分别有：
Figure FDA0003741243160000024
Figure FDA0003741243160000025
Figure FDA0003741243160000026
Figure FDA0003741243160000027
其中
Figure FDA0003741243160000031
为组分i在温度为T/K时的饱和蒸气压；对于气相混合物，根据
Figure FDA0003741243160000032
可得
Figure FDA0003741243160000033
联立式(1)、(2)、(3)、……、(n)解方程组可得温度为T、压力为p、可燃液体混合物的爆炸下限
Figure FDA0003741243160000034
时，所述组分1、组分2、组分3、…、组分i、…、组分n的实际液相摩尔分数为xL1、xL2、xL3、…、xLi、…、和xLn，气相摩尔分数为xv1、xv2、xv3、…、xvi、…、和xvn；
Figure FDA0003741243160000035
所述组分1、组分2、组分3、…、组分i、…、组分n的实际气相分压之和为：
Figure FDA0003741243160000036
4.根据权利要求1所述的可燃液体混合物燃烧条件判断方法，其特征在于，所述步骤S2包括：
气液相平衡的计算使用REFPROP软件进行计算，在REFPROP软件中选择所述组分1、组分2、组分3、…、组分i、…、组分n和空气，按已知的c1、c2、c3、…、ci、…、cn和可燃液体混合物的爆炸下限
Figure FDA0003741243160000037
计算后分别输入每种组分的比例构成实际混合物，然后使用软件计算出实际液相摩尔分数为xL1、xL2、xL3、…、xLi、…、和xLn，气相摩尔分数为xv1、xv2、xv3、…、xvi、…、和xvn；所述组分1、组分2、组分3、…、组分i、…、组分n的实际气相分压之和；
Figure FDA0003741243160000041
5.根据权利要求4所述的可燃液体混合物燃烧条件判断方法，其特征在于，对于REFPROP软件中没有包含的物质，使用P-R方程建立该物质在REFPROP软件中的.fld文件，然后调用REFPROP软件再进行气液相平衡的计算。
6.根据权利要求4所述的可燃液体混合物燃烧条件判断方法，其特征在于，对于REFPROP软件中没有包含的物质，其与其他可燃物的二元交互作用系数取为1并写入REFPROP软件安装目录下的HMX.BNC文件中。
7.一种计算机，其特征在于，所述计算机包括存储器和处理器，所述存储器用于存储计算机程序；
所述处理器执行所述计算机程序可实现如权利要求1至6任一项所述的可燃液体混合物燃烧条件判断方法。
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