[发明专利]气体爆炸特性尺寸效应的测试系统

说明书

技术领域

本发明气体爆炸特性尺寸效应的测试系统涉及一种研究气体爆炸特性尺寸效应的测试系统，本发明的测试系统可以改变容器和管道的形状、尺寸以及相互间不同的连接形式，形成不同的爆炸装置，与配气装置、数据采集及处理装置进行连接，通过安装在爆炸装置上的压力传感器、温度传感器、火焰传播速率传感器和高速数字摄像机，测得容器和管道上各特征位置的气体爆炸特性参数数据：爆炸压力、爆炸温度、火焰传播速率和火焰图像；通过对实验测得的特性参数数据进行系统全面地分析和统计，研究气体爆炸过程中湍流、射流火焰、爆炸波反射与能量变化等动力学特征以及气体流动、爆炸波和爆炸火焰之间的关系，分析探索结构尺寸变化引起的尺寸效应，揭示结构尺寸对气体爆炸传播的影响机制，同时还可以为绘制各种条件下气体爆炸强度计算图表提供基础数据。本发明也可以为工程上气体泄爆、抗爆安全设计以及爆炸安全防护提供理论支撑和重要依据。

背景技术

在工业生产过程中，球形容器、圆柱形容器和管道单独使用或者组合使用的情况极为普遍，若反应失控或容器、管道存在缺陷，会引发火灾爆炸等事故，造成人员财产损失。然而不同工艺过程中，容器的形状、尺寸，反应器与管道连接时的结构尺寸往往也不同，事故的危险程度也会因此而不同。在工程上，气体或者粉尘爆炸特性随容器的尺寸、形状和结构形式变化而变化的现象称为气体爆炸特性的尺寸效应。

国外学者Bartknecht通过分析大量实验结果，提出了爆炸立方根定律，揭示了可燃性气体在密闭容器内爆炸时最大压力上升速率和爆炸容器体积之间的规律，但爆炸立方根定律对最大爆炸压力无法进行预测，而且该公式只适用于单个密闭容器，对复杂结构容器中的气体爆炸特性更是无法预测。虽然国内外学者针对气体或者粉尘爆炸特性的研究中也涉及到了容器与管道的结构形式和管道的长度变化对爆炸特性的影响，但他们主要从点火位置、点火能量、气体或粉尘浓度、气体爆源性质、爆炸过程规律和障碍物等方面考虑，针对尺寸效应的研究主要集中在单个容器或单纯管道，而且对于管道一端接容器、管道两端连接容器等复杂系统的实验数据不多、缺乏系统性，无法总结分析出气体爆炸尺寸效应的定性定量规律。国内外学者研究讨论的壁面效应、压力累积效应或者拐角效应，根本上也都是由容器或管道的结构和尺寸所影响的。目前已有的研究成果实验条件千差万别，缺乏系统性，无法对实验数据进行统计分析。通常使用模拟实验数据或传统理论计算模型指导的容器或管道抗爆和泄爆安全设计，忽略了容器或管道尺寸变化不同所带来的影响。

因此，需要研制一套可以系统研究气体爆炸尺寸效应的测试系统，开展各种结构和尺寸条件下气体爆炸过程的实验与理论研究，揭示气体爆炸尺寸效应的规律，对气体爆炸强度进行预测，对于有效地预防和控制此类灾害性事故具有重要的理论价值和实际意义，研究成果将为工业容器或管道抑爆、隔爆和熄爆等安全技术提供依据。

发明内容

本发明目的是针对现有的可燃气体爆炸特性测试装置不能系统地研究一系列结构尺寸条件下可燃气体的爆炸特性及爆炸特性的尺寸效应，而且研究结果不具广泛性、无法应用于解决实际工况问题的问题，提供一种气体爆炸特性尺寸效应的测试系统，是一种可以系统全面地研究气体爆炸特性尺寸效应的测试系统。

本发明气体爆炸特性尺寸效应测试系统采取以下技术方案实现：

气体爆炸特性尺寸效应测试系统包括配气装置、点火装置、爆炸装置、数据采集及处理装置和高速数字摄像机。

所述的配气装置包括可燃气体气源、配气气源和配气罐，配气罐的输入端分别与可燃气体气源及配气气源相连，配气罐的另一路输出与爆炸装置的输入口相连通。

所述的点火装置包括点火器，点火器安装在爆炸装置上，所述的点火器采用电火花点火。根据点火器安装位置的不同，可以实现不同位置的点火；根据进入容器深度的不同，可以实现容器或管道的壁面点火和中心点火两种形式的点火。

所述的数据采集处理装置包括安装在所述的球形容器、圆柱形容器和管道上的压力传感器、火焰传播速率传感器、温度传感器以及信号放大电路、数据采集电路、计算机，压力传感器、火焰传播速率传感器、温度传感器与信号放大器的输入端相连，信号放大器的输出端与数据采集器的输入端相连，数据采集器的输出端与计算机相连。 

所述的爆炸装置安装在配气装置与数据采集处理装置之间，爆炸装置包括球形容器、圆柱形容器和管道。球形容器、圆柱形容器和管道之间均可以通过法兰自由对接。

所述的高速数字摄像机用于拍摄容器与管道内可燃气体爆炸时的火焰，高速数字摄像机镜头正对需要监测位置的观察段，高速数字摄像机输出端与计算机相连。