[發(fā)明專利]適用多種光學診斷方法的氣體、粉塵爆炸及抑爆實驗系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710379539.6
• 申請日: 2017-05-25
• 公開（公告）號: CN107121453B
• 公開（公告）日: 2018-07-31
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 羅振敏;王濤;程方明;王亞超;蘇彬;鄧軍;陳曉坤;易欣;王秋紅;李海濤
• 申請（專利權(quán)）人: 西安科技大學
• 主分類號: G01N25/54
• 分類號: G01N25/54
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司 61211
• 代理人: 楊引雪

本發(fā)明具體涉及一種適用多種光學診斷方法的氣體、粉塵爆炸及抑爆實驗系統(tǒng)，解決了現(xiàn)有可燃氣體、粉塵爆炸抑爆實驗系統(tǒng)可視性低、僅能從宏觀層面測試可燃氣體爆炸/抑爆傳播特性、無法滿足先進光學測量技術(shù)的應用的問題。實驗系統(tǒng)包括爆炸管道、抽真空系統(tǒng)、配氣系統(tǒng)、至少兩個噴粉系統(tǒng)、點火系統(tǒng)，還包括平面激光誘導熒光系統(tǒng)和主控系統(tǒng)；本發(fā)明提供了一種可以結(jié)合微觀?宏觀參數(shù)揭示燃燒爆炸/抑爆傳播特性的裝置，以鋼制骨架+高透光率石英玻璃為主體結(jié)構(gòu)，適用于多種光學診斷方法的可燃氣體、粉塵爆炸及抑爆實驗系統(tǒng)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及爆炸抑爆實驗系統(tǒng)，具體涉及一種適用多種光學診斷方法的氣體、粉塵爆炸及抑爆實驗系統(tǒng)。

背景技術(shù)

燃燒爆炸作為人類獲取能量的一種重要方式，如果在不受控制的時間、空間環(huán)境下發(fā)生，會給人們帶來巨大的生命財產(chǎn)損失。可燃氣體爆炸主要是由于可燃氣體泄漏，被火源點燃，逐步形成湍流燃燒、爆燃甚至爆轟造成的。因為可燃氣體爆炸的巨大破壞性，研究燃燒爆炸的發(fā)生機制、破壞模式以及相應的抑制方法，提出防災減災措施顯得愈發(fā)迫切。由于可燃氣體爆炸破壞性與危險性的緣故，進行現(xiàn)場工業(yè)實驗不僅需耗費巨大的人力、財力，還存在諸多不安全因素，根據(jù)相似原理搭建小尺寸的燃燒爆炸實驗系統(tǒng)進行相關(guān)研究，有助于揭示其發(fā)生、發(fā)展的復雜機制。

在進行相關(guān)研究的過程中，搭建了各式的爆炸/抑爆實驗裝置，然而現(xiàn)有的裝置主要以鋼質(zhì)或有機玻璃材質(zhì)為實驗管道主體，以測溫、測壓為主要技術(shù)手段，通過測量溫度、壓力等參數(shù)揭示可燃性氣體/粉體的宏觀爆炸/抑爆特性。由于現(xiàn)有實驗裝置的局限性以及測試手段的限制，不能實現(xiàn)測量宏觀特性參數(shù)的同時記錄微觀反應動力學參數(shù)，因而無法從微觀-宏觀結(jié)合的角度揭示燃燒爆炸發(fā)生、發(fā)展過程中各類復雜因素的相互作用機理。

光學燃燒診斷技術(shù)是宏觀上采用實驗檢測信號獲得燃燒場參量信息，進而通過檢測信號與燃燒場參量之間的物理關(guān)系研究其微觀反應過程的技術(shù)。與傳統(tǒng)的接觸式測量技術(shù)相比，非接觸式的光學測量技術(shù)幾乎不對燃燒、爆炸場造成擾動，能夠精確測量燃燒爆炸的真實過程；測量信息豐富，可以在線測量瞬態(tài)燃燒場的溫度、流速、組分、濃度分布等信息；空間(微米量級)和時間(納秒量級)分辨率高，可以測量瞬時一維、二維及三維燃燒場信息；具有可視性，形象直觀，結(jié)合圖像處理與圖像顯示等手段，可以模擬與顯現(xiàn)燃燒場在不同燃燒條件的變化特性。光學燃燒診斷技術(shù)在燃燒科學實驗方面已經(jīng)得到廣泛應用，但由于其測試方法的特殊要求，現(xiàn)有的常規(guī)爆炸實驗裝置無法滿足其應用條件，因而在爆炸瞬態(tài)燃燒過程診斷方面的應用還不夠成熟。現(xiàn)有的裝置在反應容器的透光可視性與同步測控等方面還存在不足，如缺少探測視窗或視窗過小、透光率較低、安裝位置不合適，或點火與光信號測控不同步，一套裝置僅能滿足一種光學測試技術(shù)等問題。

如圖1所示，中國專利CN 103454308 B公開了一種較為先進的可燃氣與空氣預混氣體爆炸過程中火焰?zhèn)鞑ゼ耙种圃囼炑b置，整個裝置包括燃燒管道、細水霧發(fā)生裝置、金屬網(wǎng)阻火裝置、高速攝像機、紋影系統(tǒng)、壓力測試系統(tǒng)、自動配氣系統(tǒng)、溫度測試系統(tǒng)、離子探針探測系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集儀、高壓點火系統(tǒng)以及同步控制器。其中燃燒管道包括上游管道與下游管道，兩者均為水平放置的橫截面為正方形的直管，管道上下兩側(cè)壁面和兩端壁面采用不銹鋼板制成，其中上游管道左側(cè)壁面鋼板可采用不同的開口面積，用以研究開口率對對火焰?zhèn)鞑サ挠绊憽Ｏ掠喂艿郎项A留兩個配氣閥門，通過真空泵與自動配氣系統(tǒng)配制預混氣體。可燃性預混氣體配氣時可通過加入阻化劑來研究阻化劑對火焰溫度、傳播速度、反應強度及壓力上升特性的影響，揭示其抑制效應和機理。上游與下游管道的連接處可安裝細水霧噴頭和金屬網(wǎng)阻火裝置，以研究不同抑爆介質(zhì)對火焰的抑制作用。此外，還可在金屬網(wǎng)表面涂抹化學阻燃劑，以研究耦合物理化學作用的金屬網(wǎng)阻燃系統(tǒng)對火焰的抑制效果。利用由高頻動態(tài)壓力傳感器和數(shù)據(jù)采集儀組成的壓力測試系統(tǒng)記錄管道內(nèi)部的壓力變化；運用高速紋影攝像系統(tǒng)測量火焰在傳播過程中的形狀、結(jié)構(gòu)、速度等特性變化。與之類似，王成等發(fā)明了一種微尺度瓦斯爆燃轉(zhuǎn)爆轟管道式實驗裝置CN 104698121 B，可通垂直平行的兩側(cè)過鋼化玻璃面板實現(xiàn)爆炸傳播的可視化，以及通過壓力傳感器實現(xiàn)爆炸過程中的壓力信號采集。上述裝置的缺點在于：