[發明專利]一種爆燃波傳播特性的測量裝置及方法

有效

• 申請號: 202010057724.5
• 申請日: 2020-01-19
• 公開（公告）號: CN111175435B
• 公開（公告）日: 2021-12-17
• 發明（設計）人: 張博;李元昌;程俊;代廷楷;劉洪
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: G01N31/12
• 分類號: G01N31/12
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司 31002
• 代理人: 鄧琪

本發明提供一種爆燃波傳播特性的測量裝置，包括激波管，激波管的側壁上沿其長度方向依次設有多個壓力探針和火焰探測器，所述火焰探測器與一離子?電信號轉化電路相連，所述壓力探針和所述離子?電信號轉化電路均與一數據采集系統相連。本發明的爆燃波傳播特性的測量裝置的火焰探測器直接使用燃燒反應過程產生的火焰離子來確定燃燒波的位置，使得燃燒面的測量結果更加準確可靠；此外，該裝置利用壓力探針與火焰探測器實現了沖擊波面?燃燒波面同步測量，且由于火焰探測器測得燃燒波更準確，使測量沖擊波與燃燒波的到達時間更具有參考性，可以直觀的觀測到同一截面同一爆燃波的沖擊波與燃燒波的到達時間，有利于直觀觀察爆燃波傳播特性。

技術領域

本發明屬于爆燃實驗技術領域，具體涉及一種測量氣相爆燃小尺度內瞬態爆燃狀態與傳播特性的裝置及方法。

背景技術

爆燃波是一種以每秒數米至數百米的亞音速傳播的燃燒波。爆燃現象廣泛存在于自然界之中，是人類認識最早的物理現象，與人類文明的發展密切相關。爆燃波由前方壓縮空氣壓力變化產生的沖擊波與后方化學反應產生的燃燒面組成(如圖1)。在理想情況下，前驅沖擊波會形成一個正反饋來增大火焰燃燒效率，燃燒波會逐漸加速，減小與前方沖擊波的距離，當燃燒波與沖擊波位置重合時，就會產生更加劇烈的沖擊波與燃燒波強耦合的爆轟現象。研究爆燃波的傳播特性對于了解爆燃波，研究爆燃轉爆轟的過程，提高對可燃混合氣體爆燃危害的評估能力，防止勞動生產過程中爆燃甚至爆轟現象的產生，減小和避免爆燃現象對人員與財產的危害有著重大意義。

目前對于爆燃波的測量，通常是利用壓力傳感器進行壓力測量來獲得沖擊波的到達時間，或者利用光纖獲得光纖信號來獲得燃燒面的到達時間，并且目前對于爆燃波的狀態的測量大多是通過沖擊波速度或者燃燒波速度來推斷爆燃波的狀態。

國外已發展了一系列的相關產品。壓力測量系統的相關產品有美國愛迪賽恩公司(IDEASCIENCE)的PREWAQ型爆炸壓力波測試裝置。該裝置利用光纖測定爆速，如最早的光纖爆速儀是瑞士的康蒂尼托(Kontinito)的光纖爆速儀、美國愛迪賽恩公司VOD-8型光纖爆速儀。但由于國外的儀器廠商對國內的技術封鎖，所以產品價格昂貴。

國內壓力測量方面，張仕忠等采用熱流信號作為信號觸發源，實現沖擊波速度瞬態測量，得到了沖擊波測速系統，其僅僅能夠測量沖擊波到達時間而不能測量燃燒波到達時間，因此不能用于研究爆燃波的傳播規律。

國內光信號測量方面，中北大學姜愛華等通過通道光纖測試了爆速的信號，由此獲得燃燒面的到達時間。然而，當爆燃剛剛產生時，其燃燒面的火焰比較微弱，亮度低，不足以觸發光纖采集系統來采集燃燒面的到達信號，因此觸發時刻較晚，對爆燃波的觀測總體具有一定的延遲，并且在實驗過程中，光纖的端部易積碳，嚴重影響實驗的觀測效果。此外，由于對于爆燃波中的燃燒波采用光纖測量整體有一定的延遲，同時測得的沖擊波和燃燒波的距離與真實的距離相比誤差較大，測得的距離不具有參考性，所以現有的光纖測量技術不能用于同步測量沖擊波和燃燒波，因此不能用于研究爆燃波的傳播規律。

目前，針對目前對爆燃波的研究，尚不存在將爆燃產生的沖擊波與燃燒波同時測量對比，以測量爆燃波的傳播特性的裝置。

發明內容

本發明的目的是提供一種爆燃波傳播特性的測量裝置，從而解決現有技術中的問題。

為了實現上述目的，本發明提供一種爆燃波傳播特性的測量裝置，包括激波管，該該激波管的一側端部設有高能點火器，激波管的靠近高能點火器的側壁上依次設有進氣口和出氣口，進氣口與一氣體混合系統相連，出氣口連接一真空泵，所述激波管的側壁上沿其長度方向依次設有多個壓力探針和火焰探測器，所述火焰探測器與一離子-電信號轉化電路相連，所述壓力探針和所述離子-電信號轉化電路均與一數據采集系統相連。

所述火焰探測器包括由內到外依次設置的兩個彼此間隔的鎢針、陶瓷套管、四氟乙烯套管和卡套轉接口。