[實用新型]適用多種光學診斷的氣體或粉塵的爆炸及抑爆實驗系統

有效

• 申請號: 201720593425.7
• 申請日: 2017-05-25
• 公開（公告）號: CN206832730U
• 公開（公告）日: 2018-01-02
• 發明（設計）人: 程方明;羅振敏;王濤;王亞超;蘇彬;鄧軍;陳曉坤;易欣;王秋紅;李海濤
• 申請（專利權）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

技術領域

本實用新型涉及爆炸抑爆實驗系統，具體涉及一種適用多種光學診斷的氣體或粉塵的爆炸及抑爆實驗系統。

背景技術

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、空間環境下發生，會給人們帶來巨大的生命財產損失。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迫切。由于可燃氣體爆炸破壞性與危險性的緣故，進行現場工業實驗不僅需耗費巨大的人力、財力，還存在諸多不安全因素，根據相似原理搭建小尺寸的燃燒爆炸實驗系統進行相關研究，有助于揭示其發生、發展的復雜機制。

在進行相關研究的過程中，搭建了各式的爆炸/抑爆實驗裝置，然而現有的裝置主要以鋼質或有機玻璃材質為實驗管道主體，以測溫、測壓為主要技術手段，通過測量溫度、壓力等參數揭示可燃性氣體/粉體的宏觀爆炸/抑爆特性。由于現有實驗裝置的局限性以及測試手段的限制，不能實現測量宏觀特性參數的同時記錄微觀反應動力學參數，因而無法從微觀-宏觀結合的角度揭示燃燒爆炸發生、發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系研究其微觀反應過程的技術。與傳統的接觸式測量技術相比，非接觸式的光學測量技術幾乎不對燃燒、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，結合圖像處理與圖像顯示等手段，可以模擬與 顯現燃燒場在不同燃燒條件的變化特性。光學燃燒診斷技術在燃燒科學實驗方面已經得到廣泛應用，但由于其測試方法的特殊要求，現有的常規爆炸實驗裝置無法滿足其應用條件，因而在爆炸瞬態燃燒過程診斷方面的應用還不夠成熟。現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傳播及抑制試驗裝置，整個裝置包括燃燒管道、細水霧發生裝置、金屬網阻火裝置、高速攝像機、紋影系統、壓力測試系統、自動配氣系統、溫度測試系統、離子探針探測系統、數據采集儀、高壓點火系統以及同步控制器。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，管道上下兩側壁面和兩端壁面采用不銹鋼板制成，其中上游管道左側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傳播的影響。下游管道上預留兩個配氣閥門，通過真空泵與自動配氣系統配制預混氣體。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阻火裝置，以研究不同抑爆介質對火焰的抑制作用。此外，還可在金屬網表面涂抹化學阻燃劑，以研究耦合物理化學作用的金屬網阻燃系統對火焰的抑制效果。利用由高頻動態壓力傳感器和數據采集儀組成的壓力測試系統記錄管道內部的壓力變化；運用高速紋影攝像系統測量火焰在傳播過程中的形狀、結構、速度等特性變化。與之類似，王成等實用新型了一種微尺度瓦斯爆燃轉爆轟管道式實驗裝置CN 104698121 B，可通垂直平行的兩側過鋼化玻璃面板實現爆炸傳播的可視化，以及通過壓力傳感器實現爆炸過程中的壓力信號采集。上述裝置的缺點在于：

1.僅能從宏觀層面測試可燃氣體爆炸/抑爆傳播過程中的特性，如溫度、壓力等參數的變化以及其流場傳播信息，不能進行爆炸/抑爆實驗過程中的微觀特征信息測試，揭示其爆炸/抑爆機理，在功能上有所欠缺。

2.視窗過小，整體視窗的耐壓較低，易導致視窗破碎，無法進行全封閉 爆炸實驗；

3.該裝置僅能滿足直接拍攝、紋影法拍攝等技術的應用條件，不能滿足PIV、PLIF等激光誘導類光學測試技術的應用；

4.該裝置采用自動配氣系統配制混合氣體后再充入爆炸反應容器，由于無法實現絕對真空，因此混合氣體的組分濃度控制精度相對較低。

實用新型內容