[发明专利]车载储氢系统火灾模拟试验装置及试验安全距离确定方法

权利要求书

1.车载储氢系统火灾模拟试验装置，其特征在于包括气体燃料源、火灾模拟试验台、安全保护系统和数据采集控制系统；所述气体燃料源通过管道与火灾模拟试验台的单向阀的输入端相连，所述单向阀的输出端与火灾模拟试验台相连；所述火灾模拟试验台上方设有用于放置车载储氢系统的支架；所述车载储氢系统的组合阀出气口与安全保护系统相连；所述数据采集控制系统通过数据传输线与气体燃料源、火灾模拟试验台、安全保护系统相连；

所述气体燃料源包括液化石油气罐、局部火源燃料管道、整体火源燃料管道，局部火源燃料管道、整体火源燃料管道上均各自设有手动截止阀、压力表、减压阀和电控球阀；所述火灾模拟试验台包括第一单向阀、第二单向阀、气化箱、局部火源燃烧排、整体火源燃烧排、石英纤维布、固定框架、点火器、热电偶和第二压力传感器；局部火源燃烧排和整体火源燃烧排平放于气化箱内，气化箱上平铺编织型带有孔的所述石英纤维布，石英纤维布的四周由固定框架固定在气化箱上形成一体化结构；局部火源燃料管道与第二单向阀的输入端连接；整体火源燃料管道与第一单向阀的输入端连接；局部火源燃烧排的燃料输入端口与第二单向阀的输出端连接，接收燃料；整体火源燃烧排的燃料输入端口与第一单向阀的输出端连接，接收燃料；第二压力传感器用于远程实时监测车载储氢系统内部压力变化情况；所述热电偶设置于车载储氢系统表面。

2.根据权利要求1所述的车载储氢系统火灾模拟试验装置，其特征在于所述安全保护系统包括第一压力表、第一压力传感器、手动卸荷阀和高压电磁阀；所述高压电磁阀通过管道与车载储氢系统的组合阀出气口相连，高压电磁阀与车载储氢系统之间的管道上设有第一压力表、第一压力传感器、手动卸荷阀；所述手动卸荷阀设置在第一压力表和高压电磁阀之间。

3.根据权利要求2所述的车载储氢系统火灾模拟试验装置，其特征在于所述数据采集控制系统包括控制器、计算机、红外测温仪、高清摄像机和风速仪；红外测温仪、高清摄像机、风速仪分别通过数据传输线与计算机相连；所述控制器一端与所述热电偶、第一压力传感器、第二压力传感器相连，实时采集记录热电偶温度和车载储氢系统内的压力变化数据，此外，还与所述电控球阀、点火器、高压电磁阀相连，控制气体燃料源、火灾模拟试验台和安全保护系统；控制器另一端与计算机相连，所述计算机实时接收、显示、保存控制器传送的数据，以及向控制器发送指令，操控电控球阀、点火器、高压电磁阀；所述红外测温仪，用于实时监测火灾模拟试验过程的火场温度分布及变化情况；所述高清摄像机，用于实时记录火灾模拟试验过程，保证试验可追溯性和可重复性；所述风速仪，用于实时监测试验时的环境风速。

4.用于权利要求1所述车载储氢系统火灾模拟试验装置的安全距离确定方法，其特征在于包括：

车载储氢系统在试验中发生爆炸，其危险主要包括压力波、爆炸火球和碎片；

对于压力波，首先由式(1)计算得到车载储氢系统的爆炸能量E：

式中，P_b为车载储氢系统爆炸时的最高压力，P₀为试验场地的大气压力，V₁为车载储氢系统内部水容积，γ₁为在爆炸条件下系统内高压氢气的定压比热容与定容比热容的比值；

在获得车载储氢系统的爆炸能量E后，则可由式(2)计算得到相应的比例距离

式中，r为以车载储氢系统为原点的半球体半径；

在确定车载储氢系统爆炸的比例距离后，即可根据其与比例超压的关系曲线，确定对应的比例超压进而可由式(3)计算得到与车载储氢系统距离为r处的压力峰值P_s：

当压力峰值P_s低于10.1kPa时，压力波对健康人体几乎没有损害，进而可确定压力波的安全距离；

对于爆炸火球，由式(4)和式(5)分别计算确定火球直径D_f和火球持续时间t_f，进而确定爆炸火球的安全距离：

式中，W_f为系统内氢气质量，可由式(6)计算得到：

式中，P为车载储氢系统试验前的初始压力，T为系统内的氢气温度，

R＝8.314J/(mol·K)，n＝1.9155×10^-6K/Pa；

在确定车载储氢系统爆炸产生的压力波、爆炸火球的安全距离后，综合取较大值，即为火灾模拟试验装置的安全距离。