[發(fā)明專利]準確測試可燃氣非穩(wěn)態(tài)爆轟阻火器效果的可視化試驗裝置

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• 申請日: 2020-09-14
• 公開（公告）號: CN112082798A
• 公開（公告）日: 2020-12-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 肖華華;李曉曦;孫金華
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
• 主分類號: G01M99/00
• 分類號: G01M99/00;G01D21/02;H04N5/232
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責(zé)任公司 11251
• 代理人: 張乾楨

1.一種準確測試可燃氣非穩(wěn)態(tài)爆轟阻火器效果的可視化試驗裝置，其特征在于：包括真空系統(tǒng)、自動配氣系統(tǒng)、紋影攝像系統(tǒng)、非穩(wěn)態(tài)爆轟阻斷試驗燃燒管道、測試及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、高壓點火及同步控制系統(tǒng)；

所述真空系統(tǒng)包括真空泵及真空壓力表，其中真空泵用于抽取燃燒管道內(nèi)的空氣，使燃燒管道達到真空狀態(tài)；

自動配氣系統(tǒng)，用于配置目標濃度的可燃氣體，多個原料氣瓶通過電磁截止閥連接到質(zhì)量流量計，所述電磁截止閥被連接到操控平臺的電腦直接進行控制，所述原料氣瓶中的氣體經(jīng)過電磁截止閥和質(zhì)量流量計通入氣體混合室，然后通過管路與燃燒管道進氣閥相連；

紋影攝像系統(tǒng)包括紋影儀和高速攝像機，并按照標準“Z”型布置，燃燒管道位于光學(xué)通路的中心路徑中，紋影儀包括紋影點光源、聚焦透鏡、狹縫、一對反射凹面鏡和紋影刀口，所述的一對反射凹面鏡布置在燃燒管道的左右兩側(cè)，該紋影儀用來觀察透明介質(zhì)密度和溫度分布在介質(zhì)中折射率變化，預(yù)混火焰或爆轟波在燃燒管道內(nèi)傳播時，火焰或反應(yīng)區(qū)前鋒附近將存在密度差，當光通過該流場時，其方向、位置和光程均會發(fā)生改變，因此運用紋影儀捕捉流場的密度間斷面，且不會干擾內(nèi)部流場，紋影儀的點光源發(fā)出的光經(jīng)過聚焦透鏡后，燈絲像成到狹縫上；調(diào)整狹縫產(chǎn)生發(fā)散光束，發(fā)散光束透射到相對應(yīng)的第一反射凹面鏡上，產(chǎn)生的平行光束通過燃燒管道后被另一側(cè)的第二反射凹面鏡接收，產(chǎn)生會聚光束，然后通過紋影刀口和聚焦透鏡進入高速攝像機；高速攝像機通過記錄流場密度一階導(dǎo)數(shù)分布圖像直觀呈現(xiàn)管道內(nèi)火焰演變和爆燃轉(zhuǎn)爆轟過程，通過高速攝像機拍攝的照片計算火焰和爆轟波傳播速度；

非穩(wěn)態(tài)爆轟阻斷試驗燃燒管道用來觀察并確定燃燒管道內(nèi)非穩(wěn)態(tài)爆轟的形成方式和形成位置，非穩(wěn)態(tài)爆轟阻斷試驗燃燒管道是一個水平矩形截面直管道，包括六部分燃燒管道，即：上游預(yù)測試管道、上游分段組合式管道、伸縮節(jié)、中間管道、非穩(wěn)態(tài)爆轟阻火段和下游管道，其中，除伸縮節(jié)外，其余各部分燃燒管道左右兩側(cè)壁面均采用石英玻璃，便于高速紋影攝像系統(tǒng)拍攝管道內(nèi)紋影圖像，實現(xiàn)火焰?zhèn)鞑ミ^程、爆燃轉(zhuǎn)爆轟過程以及阻爆轟過程的可視化，從而確定非穩(wěn)態(tài)爆轟的形成位置并觀測阻火段的阻火效果，所有上下兩壁面采用不銹鋼板制成，最前端和最后端的壁面也采用不銹鋼板制成；除非穩(wěn)態(tài)爆轟阻火段外，其他部分燃燒管道內(nèi)部上下壁面分別對稱布置不銹鋼材質(zhì)的連續(xù)三角形障礙物，非穩(wěn)態(tài)爆轟阻火段包括阻火芯及不銹鋼外殼，非穩(wěn)態(tài)爆轟阻火段左右兩側(cè)安裝光學(xué)玻璃，用以觀測非穩(wěn)態(tài)爆轟在阻火段中的阻斷過程，不銹鋼外殼用于內(nèi)部阻火芯的固定和與外部管道的對接，下游管道靠近最末端的下側(cè)壁面布置一個排氣管路，并設(shè)置絕緣閥，在向燃燒管道內(nèi)充氣時打開，保證燃燒管道內(nèi)氣流通暢，防止氣體在燃燒管道內(nèi)擁塞使得管內(nèi)超壓，下游管道末端壁布置一個泄壓口，并設(shè)置絕緣閥，抽真空時打開，滿足從泄壓口抽真空；在充氣時密閉，使置換的空氣和多余的混合氣體從下壁面排氣管路排出；試驗時打開，排出燃燒產(chǎn)物，實現(xiàn)泄壓，從而保證管道內(nèi)爆燃轉(zhuǎn)爆轟試驗的安全，上游預(yù)測試管道和上游分段組合式管道均在前端壁面設(shè)置一個絕緣閥門，用以控制充氣過程的開始和結(jié)束；

高壓點火及同步控制系統(tǒng)，包括高壓點火器、點火電極、點火能量示波器、適配的高壓探頭和電流探頭、同步控制器及點火開關(guān)；高壓點火器是通過電容儲能放電實現(xiàn)點火的高壓脈沖發(fā)生器，點火電極成對設(shè)置于靠近上游預(yù)測試管道或上游分段組合式管道首段的前端壁面處，點火電極的點火位置處于上游管道與下游管道的中心線，所述位置能沿中心線調(diào)整，從而研究不同點火位置影響下預(yù)混氣體由爆燃向爆轟轉(zhuǎn)變過程的特性和規(guī)律；同步控制器包括CPU和控制面板，高壓點火器、高速攝像機以及數(shù)據(jù)采集儀三個終端同時連接至該同步控制器，核心部件CPU通過設(shè)定和存儲各部件的觸發(fā)順序和時間間隔精準控制每個終端的觸發(fā)時間；

測試及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括壓力傳感器、光電二極管和數(shù)據(jù)采集儀；上游預(yù)測試管道和上游分段組合式管道上下兩壁面中心線上根據(jù)管道長度每隔一定距離布置一組高頻動態(tài)壓力傳感器和光電二極管，壓力傳感器用于記錄管道內(nèi)的壓力變化，監(jiān)測爆轟波的形成和發(fā)展。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種準確測試可燃氣非穩(wěn)態(tài)爆轟阻火器效果的可視化試驗裝置，其特征在于：

試驗時，封閉燃燒管道前端進氣口，將真空泵連接于下游管道右端泄壓口開始抽氣，當上游管道上壁面連接的真空壓力表中讀數(shù)等于零或小于零，并保持穩(wěn)定時，即達到真空狀態(tài)，此時關(guān)閉真空泵。