[实用新型]适用多种光学诊断的气体或粉尘的爆炸及抑爆实验系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及爆炸抑爆实验系统，具体涉及一种适用多种光学诊断的气体或粉尘的爆炸及抑爆实验系统。

背景技术

燃烧爆炸作为人类获取能量的一种重要方式，如果在不受控制的时间、空间环境下发生，会给人们带来巨大的生命财产损失。可燃气体爆炸主要是由于可燃气体泄漏，被火源点燃，逐步形成湍流燃烧、爆燃甚至爆轰造成的。因为可燃气体爆炸的巨大破坏性，研究燃烧爆炸的发生机制、破坏模式以及相应的抑制方法，提出防灾减灾措施显得愈发迫切。由于可燃气体爆炸破坏性与危险性的缘故，进行现场工业实验不仅需耗费巨大的人力、财力，还存在诸多不安全因素，根据相似原理搭建小尺寸的燃烧爆炸实验系统进行相关研究，有助于揭示其发生、发展的复杂机制。

在进行相关研究的过程中，搭建了各式的爆炸/抑爆实验装置，然而现有的装置主要以钢质或有机玻璃材质为实验管道主体，以测温、测压为主要技术手段，通过测量温度、压力等参数揭示可燃性气体/粉体的宏观爆炸/抑爆特性。由于现有实验装置的局限性以及测试手段的限制，不能实现测量宏观特性参数的同时记录微观反应动力学参数，因而无法从微观-宏观结合的角度揭示燃烧爆炸发生、发展过程中各类复杂因素的相互作用机理。

光学燃烧诊断技术是宏观上采用实验检测信号获得燃烧场参量信息，进而通过检测信号与燃烧场参量之间的物理关系研究其微观反应过程的技术。与传统的接触式测量技术相比，非接触式的光学测量技术几乎不对燃烧、爆炸场造成扰动，能够精确测量燃烧爆炸的真实过程；测量信息丰富，可以在线测量瞬态燃烧场的温度、流速、组分、浓度分布等信息；空间(微米量级)和时间(纳秒量级)分辨率高，可以测量瞬时一维、二维及三维燃烧场信息；具有可视性，形象直观，结合图像处理与图像显示等手段，可以模拟与 显现燃烧场在不同燃烧条件的变化特性。光学燃烧诊断技术在燃烧科学实验方面已经得到广泛应用，但由于其测试方法的特殊要求，现有的常规爆炸实验装置无法满足其应用条件，因而在爆炸瞬态燃烧过程诊断方面的应用还不够成熟。现有的装置在反应容器的透光可视性与同步测控等方面还存在不足，如缺少探测视窗或视窗过小、透光率较低、安装位置不合适，或点火与光信号测控不同步，一套装置仅能满足一种光学测试技术等问题。

如图1所示，中国专利CN 103454308 B公开了一种较为先进的可燃气与空气预混气体爆炸过程中火焰传播及抑制试验装置，整个装置包括燃烧管道、细水雾发生装置、金属网阻火装置、高速摄像机、纹影系统、压力测试系统、自动配气系统、温度测试系统、离子探针探测系统、数据采集仪、高压点火系统以及同步控制器。其中燃烧管道包括上游管道与下游管道，两者均为水平放置的横截面为正方形的直管，管道上下两侧壁面和两端壁面采用不锈钢板制成，其中上游管道左侧壁面钢板可采用不同的开口面积，用以研究开口率对对火焰传播的影响。下游管道上预留两个配气阀门，通过真空泵与自动配气系统配制预混气体。可燃性预混气体配气时可通过加入阻化剂来研究阻化剂对火焰温度、传播速度、反应强度及压力上升特性的影响，揭示其抑制效应和机理。上游与下游管道的连接处可安装细水雾喷头和金属网阻火装置，以研究不同抑爆介质对火焰的抑制作用。此外，还可在金属网表面涂抹化学阻燃剂，以研究耦合物理化学作用的金属网阻燃系统对火焰的抑制效果。利用由高频动态压力传感器和数据采集仪组成的压力测试系统记录管道内部的压力变化；运用高速纹影摄像系统测量火焰在传播过程中的形状、结构、速度等特性变化。与之类似，王成等实用新型了一种微尺度瓦斯爆燃转爆轰管道式实验装置CN 104698121 B，可通垂直平行的两侧过钢化玻璃面板实现爆炸传播的可视化，以及通过压力传感器实现爆炸过程中的压力信号采集。上述装置的缺点在于：

1.仅能从宏观层面测试可燃气体爆炸/抑爆传播过程中的特性，如温度、压力等参数的变化以及其流场传播信息，不能进行爆炸/抑爆实验过程中的微观特征信息测试，揭示其爆炸/抑爆机理，在功能上有所欠缺。

2.视窗过小，整体视窗的耐压较低，易导致视窗破碎，无法进行全封闭 爆炸实验；

3.该装置仅能满足直接拍摄、纹影法拍摄等技术的应用条件，不能满足PIV、PLIF等激光诱导类光学测试技术的应用；

4.该装置采用自动配气系统配制混合气体后再充入爆炸反应容器，由于无法实现绝对真空，因此混合气体的组分浓度控制精度相对较低。

实用新型内容