[发明专利]一种计算管路气体爆炸火焰传播速度的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种气体爆炸火焰传播速度的计算方法，属于燃烧爆炸和安全技术领域，特别涉及一种利用高速摄影图像计算管路气体爆炸火焰传播速度的方法。

背景技术

煤炭是我国重要的基础产业，长期以来，煤炭在我国一次能源生产和消费构成中均占2/3以上，但煤矿安全形式严峻。我国煤炭95％以上为井工开采，由于煤炭赋存的地质条件复杂多变，煤层瓦斯赋存含量普遍较高，现在开采的矿井30％以上都是高瓦斯矿井。建国以来，一次死亡百人以上的事故共发生23起，其中瓦斯(或者瓦斯煤尘)爆炸事故发生21起，占91.3％。瓦斯是一种以吸附和游离两种状态存在于煤层和煤系地层中，开采时会向采掘空间涌出，瓦斯具有燃烧、爆炸性质，当与空气或氧气混合并达到一定浓度后，一旦遇到一定强度诱发能量的作用，即可发生燃烧、爆炸。瓦斯爆炸是煤矿中最严重的自然灾害之一，煤矿瓦斯爆炸事故往往会导致通风系统破坏，风流紊乱，有毒有害气体蔓延，甚至发生连续的灾害事故，给救灾工作带来极大的困难和危险。近几年煤炭需求量大幅度提高，煤矿企业生产规模增大，不少特大型矿区如平顶山、淮南、鸡西、鹤岗等相继增加开采深度和强度，煤层的瓦斯压力和矿井瓦斯涌出量越来越高，恶性瓦斯爆炸事故时有发生，正越来越多地制约着煤矿的安全生产，瓦斯风险构成了煤矿最严重的安全风险之一。另外，瓦斯爆炸会卷扬起沉积在巷道底部的沉积煤尘而形成更为剧烈的二次爆炸。单纯的瓦斯或煤尘爆炸发生很少，煤尘爆炸事故常常是瓦斯和煤尘混合爆炸、共同作用，其危害程度要比单一瓦斯或煤尘爆炸大得多。

在化工行业也经常会遇到气体爆炸的情况。化工行业是国民经济的基础工业，属于我国的支柱性产业。但由于危险化学品所固有的易燃易爆、有毒有害的特性，使得安全问题尤其重要。目前，我国的化工安全形势比较严重，各类事故和职业危害频繁，已成为制约我国化学工业健康发展的重要问题，全国各类伤亡事故总数居高不下，并呈现不断上升的趋势。据不完全统计，我国2001-2006年化工生产、经营企业发生的火灾爆炸事故约109起，死亡440人，同时给人民生命财产造成巨大损失，给局部环境带来严重污染。如1999年9月2日，甘肃省白银市某厂TDI(甲苯二异氰酸酯)生产线光气室发生爆炸事故，造成3人死亡，5人重伤，8人轻伤，直接经济损失达4821.8万元，属特别重大事故。2007年5月11日，化工集团沧州大化TDI公司TDI车间硝化装置发生爆炸事故，造成5人死亡，80人受伤，其中14人重伤，厂区内供电系统严重损坏，附近村庄几千名群众疏散转移。

如何在现场有效预防瓦斯以及化学气体的燃烧、爆炸是当前急需解决的难题，利用实验室爆炸管路研究瓦斯等气体爆炸火焰的动态传播演化规律具有重要的意义。

目前，实验室管道爆炸实验系统研究气体爆炸火焰的动态变化常采用火焰速度测量系统进行火焰传播速度的测量，火焰速度测量系统采用光电转换的方法，在实验管道沿程布置多个光电探头，它所测量的是相临两个探头之间的火焰前锋传播的平均速度，不能对火焰的传播规律进行量化。设计一种精确、方便的方法来研究气体爆炸火焰的动态传播演化规律，就成为本发明要解决的问题。

发明内容

鉴于上述现有技术领域中的实际情况，本发明旨在提供一种过程简单、精确方便的研究气体爆炸火焰动态传播演化规律的方法。

本发明是通过以下技术方案来实现的：

一种计算管路气体爆炸火焰传播速度的方法，包括：在气体爆炸管道视窗安装高速摄影装置，确定拍摄频率，对气体爆炸火焰进行高速拍摄；确定拍摄图像与实际视窗尺寸间的对应关系；对相邻拍摄图像分别从两个方向按照横轴的单位长度对应的纵向图片进行裁减，求取被裁减两幅图像的相关系数，按相关系数最大值对应的裁减尺寸确定火焰移动距离；根据对应关系计算火焰移动的实际距离，结合拍摄频率计算火焰传播的实际速度。

所述拍摄图像可进行四周边缘部分的裁剪。每次拍摄都要进行单幅拍摄图像与实际视窗尺寸的关联计算，确定每幅拍摄图像尺寸和实际视窗尺寸的对应关系。

所述高速拍摄的速度至少大于火焰传播速度的两倍。

所述拍摄频率为1000幅/s、2000幅/s或5000幅/s。

所述裁减过程按照横轴像素对应的纵向图片进行裁减。