[發(fā)明專利]一種受限空間內(nèi)氫氣泄漏擴(kuò)散試驗(yàn)裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110913882.0
• 申請(qǐng)日: 2021-08-10
• 公開（公告）號(hào): CN113624405B
• 公開（公告）日: 2023-06-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 段強(qiáng)領(lǐng);辛杰;滕越;曾倩;孫金華;肖華華;王青松;金凱強(qiáng);繆春輝
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);國網(wǎng)安徽省電力有限公司電力科學(xué)研究院
• 主分類號(hào): G01M3/02
• 分類號(hào): G01M3/02;G01M3/04;G01N13/00
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責(zé)任公司 11251
• 代理人: 李曉莉

本發(fā)明為一種受限空間內(nèi)氫氣泄漏擴(kuò)散試驗(yàn)裝置，整個(gè)試驗(yàn)裝置包括高壓氣瓶、開關(guān)閥、輸氣管路、穩(wěn)壓閥、壓力表、質(zhì)量流量控制器、噴嘴、受限空間模型、氣體濃度傳感器、數(shù)據(jù)采集儀、紋影儀、高速攝像機(jī)和計(jì)算機(jī)等。該裝置可用于：(1)研究不同泄漏速率、不同泄漏口大小、不同泄漏位置、不同泄漏方向等因素對(duì)受限空間內(nèi)氫氣泄漏擴(kuò)散特性和規(guī)律的影響，并進(jìn)一步完善氫氣在受限空間內(nèi)的泄漏擴(kuò)散機(jī)理；(2)研究通風(fēng)口特性、通風(fēng)方式等對(duì)受限空間內(nèi)氫氣積聚與排放特性的影響，開發(fā)受限空間內(nèi)氫氣泄漏積聚的防治方法和技術(shù)；(3)研究不同受限空間條件對(duì)泄漏氫氣擴(kuò)散、積聚以及排放規(guī)律的影響；(4)實(shí)現(xiàn)受限空間內(nèi)氫氣擴(kuò)散、積聚及排放過程的可視化研究。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于可燃性氣體的安全的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種受限空間內(nèi)氫氣泄漏擴(kuò)散試驗(yàn)裝置。

背景技術(shù)

氫氣由于具有無污染、燃燒效率高、熱量大等獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，與傳統(tǒng)的生物質(zhì)和化石燃料相比，被認(rèn)為是最具發(fā)展前景的清潔能源之一。氫能在工業(yè)過程和日常生活中有著十分廣泛的應(yīng)用，尤其在交通運(yùn)輸、能源系統(tǒng)、供電供熱以及煉化冶金等領(lǐng)域有著舉足輕重的作用。然而，氫氣是易燃易爆氣體，利用過程中的安全措施一旦失當(dāng)，容易發(fā)生著火爆炸事故，造成人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。近年來，美國、韓國、挪威接連發(fā)生了氫安全事故，直接導(dǎo)致相關(guān)業(yè)務(wù)暫停運(yùn)營，引發(fā)了業(yè)界對(duì)氫燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的擔(dān)憂和對(duì)氫能利用安全技術(shù)研究的重視與關(guān)注。氫能安全利用貫穿氫氣的生產(chǎn)、儲(chǔ)運(yùn)、加注、利用等環(huán)節(jié)，是氫能產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的首要保障。高壓氣態(tài)儲(chǔ)運(yùn)氫具有充放氫速度快、容器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，是現(xiàn)階段主要的儲(chǔ)運(yùn)方式。氫燃料電池汽車的氫氣就儲(chǔ)存在高壓儲(chǔ)氫罐里，與車內(nèi)其他一系列零部件構(gòu)成車載供氫系統(tǒng)，但是其中的導(dǎo)氣管、燃料電池及其鏈接部分是薄弱環(huán)節(jié)，容易發(fā)生氫氣泄漏。氫氣由于密度小，泄漏至空氣中很容易向上擴(kuò)散，在受限空間內(nèi)會(huì)在上部發(fā)生積聚，存在引發(fā)著火爆炸事故的潛在威脅。因此，開展受限空間內(nèi)氫氣意外泄漏之后的擴(kuò)散以及相應(yīng)的防治方法等方面的研究，不僅可以揭示受限空間內(nèi)氫氣泄漏擴(kuò)散特性和規(guī)律，而且還可為預(yù)防受限空間內(nèi)氫氣的著火爆炸事故，實(shí)現(xiàn)氫氣的安全利用提供可靠的實(shí)驗(yàn)依據(jù)和技術(shù)指導(dǎo)。

目前國內(nèi)外關(guān)于受限空間內(nèi)氫氣泄漏擴(kuò)散的實(shí)驗(yàn)研究主要通過簡(jiǎn)單幾何體來實(shí)現(xiàn)，注重氫氣擴(kuò)散規(guī)律的基礎(chǔ)性研究，與現(xiàn)實(shí)應(yīng)用場(chǎng)景差距較大；而貼合實(shí)際的研究對(duì)象一般通過數(shù)值模擬來實(shí)現(xiàn)。此外，目前的研究還沒有形成一套科學(xué)成熟的泄漏氫氣排放技術(shù)。本發(fā)明立足現(xiàn)實(shí)應(yīng)用場(chǎng)景，設(shè)計(jì)一套可開展多種實(shí)驗(yàn)方案研究受限空間內(nèi)氫氣泄漏擴(kuò)散以及泄漏氫氣自然排放的模擬試驗(yàn)裝置。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種受限空間內(nèi)氫氣泄漏擴(kuò)散試驗(yàn)裝置。該裝置可以對(duì)不同條件下的氫氣泄漏擴(kuò)散及其防治方法和技術(shù)開展模型實(shí)驗(yàn)研究。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種受限空間內(nèi)氫氣泄漏擴(kuò)散試驗(yàn)裝置，包括：氫氣泄漏場(chǎng)景模擬系統(tǒng)、氣體濃度測(cè)量系統(tǒng)和高速紋影拍攝系統(tǒng)。氫氣泄漏場(chǎng)景模擬系統(tǒng)包含高壓氣瓶、開關(guān)閥、輸氣管路、穩(wěn)壓閥、壓力表、質(zhì)量流量控制器、噴嘴和受限空間模型；氣體濃度測(cè)量系統(tǒng)包含氣體濃度傳感器和數(shù)據(jù)采集儀；高速紋影拍攝系統(tǒng)包含紋影儀、高速攝像機(jī)和計(jì)算機(jī)。其中：所述高壓氣瓶為實(shí)驗(yàn)過程連續(xù)穩(wěn)定地提供實(shí)驗(yàn)氣體，考慮到安全性，氦氣代替氫氣作為實(shí)驗(yàn)氣體；所述開關(guān)閥安裝在高壓氣瓶上，用來控制高壓氣瓶的開閉；所述輸氣管路用來從高壓氣瓶輸送實(shí)驗(yàn)氣體；所述穩(wěn)壓閥安裝在開關(guān)閥之后的輸氣管路上，用來降低輸氣管路內(nèi)部氣壓；所述壓力表安裝在穩(wěn)壓閥之后的輸氣管路上，用來顯示輸氣管路內(nèi)部氣壓；所述質(zhì)量流量控制器安裝在壓力表之后的輸氣管路上，用來控制與顯示輸氣管路內(nèi)部氣體的流量；所述噴嘴安裝在輸氣管路末端；所述受限空間模型用來模擬現(xiàn)實(shí)中氫能利用場(chǎng)景中的受限空間；所述氣體濃度傳感器為氦氣濃度傳感器，安裝在受限空間模型內(nèi)部，通過電纜連接形成傳感器網(wǎng)絡(luò)，用于測(cè)量釋放在受限空間模型里的氣體濃度；所述數(shù)據(jù)采集儀用于采集與記錄氣體濃度傳感器的信號(hào)；所述紋影儀包含光源、聚焦鏡片、第一反射鏡、第二反射鏡、第一凹面鏡、第二凹面鏡和刀口；所述高速攝像機(jī)通過拍攝流場(chǎng)密度變化圖像來反映氣體釋放后的流動(dòng)特征。