[发明专利]实现爆燃实验测试系统中多个目标同步控制的系统和方法

说明书

本发明涉及一种实现爆燃实验测试系统中多个目标同步控制的系统和方法，该系统包括激波管、预混气体供给系统、阻燃剂喷射系统、火焰信号采集系统、压力信号采集系统、数据采集系统、激光纹影系统、高压点火系统以及对各系统进行控制的同步控制系统；激波管包括依次相连的多个实验管道和1个可视化观察窗实验段；预混气体供给系统与激波管内部连通，产生预设当量比的预混气体并输入激波管内；阻燃剂喷射系统与可视化观察窗实验段相连；火焰信号采集系统和压力信号采集系统布置在每段实验管道的侧壁上；激光纹影系统用于对爆燃流场典型自由基浓度和温度的分布图像进行测量；高压点火系统与激波管端部连接，用于点火。本发明可以广泛应用于安全科学与技术领域。

技术领域

本发明属于安全科学与技术领域，涉及一种实现爆燃实验测试系统中多个目标同步控制的系统和方法。

背景技术

煤矿井下瓦斯/空气预混气体爆燃给矿山安全生产带来了极大的灾害，同时该类问题也一直是力学学科和安全学科所研究的经典问题和前沿问题。

近年来，学者们对其研究方法可分为数值模拟研究和激波管实验研究两类。目前虽然数值模拟研究已经可以揭示火焰传播过程中的流动现象，有助于理解层流火焰向湍流火焰转变、燃烧不稳定性和火焰形态变化等，但是其计算结果却可能因为受到算法及网格的影响而产生偏差，因此激波管实验研究仍然是该类问题不可替代的研究方法。

目前激波管实验研究大多还采用压力、火焰速度测试系统，这些方法只能给出预混气体爆燃流场内多个单一的点源信息，只能定性的分析压力峰值和火焰速度在巷道内的变化趋势以及影响因素，而对激波和火焰结构、障碍物对火焰的加速机制及阻燃剂抑制机理等微观科学问题却无能为力。因此，必须由现代的超高速激光纹影和瞬态光谱测试系统取代传统的压力、火焰速度传感器测试系统，才可以得到预混气体爆燃过程中激波的演化过程及火焰的微观结构。然而，在激波管配合超高速激光纹影和瞬态光谱测试系统进行微观流场测试时却涉及到多个大时间差目标的时间尺度控制问题，如电火花点火响应时间、激波阵面到达观察窗时间、火焰阵面到达观察窗时间、控制惰性阻燃剂喷射系统的响应时间、瞬态光谱ICCD相机电子快门响应时间和超高速相机CCD电子快门响应时间等。上述目标的时间特征分别从秒到纳秒量级，为得到清晰的流场微观结构和光谱图像，需协调多个目标的时间，解决测试系统的同步控制问题。

发明内容

针对上述提出的问题，本发明的目的是提供一种实现爆燃实验测试系统中多个目标同步控制的系统和方法，通过分析不同目标的时间特征，提出一种合理的延时时间控制方法，为完成系统中预混气体爆燃过程中激波演化及火焰微观结构的测试奠定基础。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

本发明的第一个方面，是提供一种实现爆燃实验测试系统中多个目标同步控制的系统，其包括激波管、预混气体供给系统、阻燃剂喷射系统、火焰信号采集系统、压力信号采集系统、数据采集系统、激光纹影系统、高压点火系统和同步控制系统；所述激波管包括依次相连的多个实验管道和1个可视化观察窗实验段；所述预混气体供给系统与所述激波管内部连通，用于根据实验要求产生预设当量比的预混气体并输入所述激波管内；所述阻燃剂喷射系统通过所述可视化观察窗实验段上设置的惰性介质喷射孔与所述激波管内部连通，用于研究阻燃剂参数对瓦斯爆炸传播特性及DDT过程的影响；所述火焰信号采集系统和压力信号采集系统布置在每段所述实验管道的侧壁上，用于对所述激波管内全程的压力和火焰传播速度的规律进行测量，测量结果经所述数据采集系统发送到所述同步控制系统；所述激光纹影系统设置在所述可视化观察窗实验段，用于对爆燃流场典型自由基浓度和温度的分布图像进行测量；所述高压点火系统与所述激波管的实验管道端部连接，用于对所述激波管内的预混气体进行点火；所述同步控制系统用于对所述阻燃剂喷射系统、火焰信号采集系统、压力信号采集系统、激光纹影系统和高圧点火系统进行同步控制。