《基於分子模擬的HFO工質熱穩定性及熱分解機理研究》是依託重慶大學，由劉朝擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：基於分子模擬的HFO工質熱穩定性及熱分解機理研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：劉朝
- 依託單位：重慶大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
在餘熱回收利用中，有機工質的熱分解會造成有機朗肯循環（ORC）輸出功率減少或帶來安全隱患，因此有機工質的熱穩定性是ORC工質篩選和套用的重要指標。低GWP和熱物性能良好的氫氟烯烴（HFO）工質在ORC套用中引起人們重視。本課題針對低GWP的HFO工質，採用流動加熱方法研究高溫下HFO工質在空氣中熱分解為HF的過程特徵，反應釜方法研究HFO工質或其混合物的熱解過程，獲得可靠的熱穩定和熱分解實驗數據。套用密度泛函理論和反應分子動力學模擬研究方法，研究HFO工質的熱力學和動力學熱解溫度，確定工質熱穩定條件，揭示HFO工質熱解的微觀機理，建立HFO工質的熱分解模型。通過不同工質的混合，提高HFO混合工質的熱穩定性，為工質熱穩定性研究提供新的理論方法。探討HFO工質熱解產物對ORC系統的蒸發和凝結過程影響，為ORC系統中低GWP的HFO工質套用提高基礎數據和理論支持。
結題摘要
有機朗肯循環（ORC）是一種有前景的回收餘熱資源技術。但在中高溫熱源下，ORC中有機工質可能會發生熱解。HFO工質具有環保、無毒和熱力學性能好等優點，HFO工質發生分解，熱解產物可能是不凝性氣體、混合液體或固體。這將降低系統性能、損壞部件並帶來安全問題。泄漏的HFO工質如果遇到高溫或明火會發生熱解甚至燃燒，生成有毒氣體HF和COF2，對人體造成危害。因此我們對HFO工質的熱穩定性和熱分解機理進行了深入研究。首先，搭建了能夠測量HFO工質熱穩定性和熱解產物特徵的實驗系統，對HFO-1336mzz(Z)進行了熱穩定性測試實驗，確定了不同壓力下的安全使用溫度，建議HFO-1336mzz(Z)在壓力低於2.1 MPa時的安全使用溫度為310℃，在壓力2.1~3.1 MPa時的安全使用溫度為290℃，在壓力3.1~4.0 MPa時的安全使用溫度為270℃。使用ReaxFF力場和密度泛函理論研究了HFO-1234yf、HFO-1336mzz(Z)、HFO-1234ze、正戊烷和異戊烷的熱解機理，HFO-1234yf和HFO-1336mzz(Z)的泄漏氧化分解機理，獲得了HFO工質熱解的熱力學和動力學參數，討論了主要產物的形成途徑，並對HFO-1336mzz(Z)和正戊烷的熱解進行了一級動力學研究；分析了水分對HFO-1234yf和HFO-1336mzz(Z)氧化分解的影響，總結了HFO-1336mzz(Z)在乾空氣和濕空氣中氧化分解的化學式。研究了二元混合工質的熱解機理，分析了起始反應路徑、兩種工質的相互作用，討論了主要產物HF的生成路徑及混合工質對HF形成的影響。研究了銅對HFC-245fa和HFO-1336mzz(Z)熱分解的影響，發現當HFO-1336mzz(Z)和HFC-245fa作為ORC系統中的工質時，銅可以作為材料用在溫度較低（低於工質分解溫度）的組件上，避免其在ORC系統的高溫部件中使用（例如蒸發器）。項目共發表35篇SCI國際期刊論文，4篇EI國內期刊論文。培養博士生4名，碩士研究生10名。
