[发明专利]一种多参数影响下气体-粉尘复合爆炸泄放动力学特性及泄爆性能测试可视化装置

权利要求书

1.一种多参数影响下气体-粉尘复合爆炸泄放动力学特性及泄爆性能测试可视化装置，其特征在于，包括：可视化爆炸系统、点火系统、供气系统、喷粉系统、泄爆系统、压力采集系统、温度采集系统、图像采集系统、纹影采集系统、油浴加热系统、同步控制器(17)、程序控制与数据采集系统(18)；

可视化爆炸系统由可视化爆炸容器(1)、第一容器端盖法兰(2-1)、第二容器端盖法兰(2-2)组成，并通过螺栓连接；可视化爆炸容器(1)为方形容器结构，其前后安装可视化视窗；可视化爆炸容器(1)上端安装第一容器端盖法兰(2-1)，下端安装第二容器端盖法兰(2-2)；第一容器端盖法兰(2-1)上端安装第二真空压力表(22-2)，监测可视化爆炸系统内部初始压力，并在其连接处安装球阀进行保护；可视化爆炸容器(1)左上侧连接球阀并与真空泵(20)相连，实现容器内部设定的真空度，进而调控起爆时的初始压力和喷粉压力；可视化爆炸容器(1)左下侧连接球阀并与压缩机(21)相连，进而实现起爆时不同初始压力，以及对爆炸后产物的吹扫，实现外界新鲜空气与容器内部产物的置换；

点火系统由点火电极(4)、可调高压点火器(11)、同步控制器(17)和程序控制与数据采集系统(18)组成；点火电极(4)、可调高压点火器(11)、同步控制器(17)和程序控制与数据采集系统(18)依次通过线路连接；点火电极(4)通过螺纹连接安装于可视化爆炸容器(1)左侧壁面中心位置，通过电极丝置于可视化爆炸容器(1)内部进行高压放电点火；通过调节电极丝长度改变点火位置；通过可调高压点火器(11)控制点火能量；通过程序控制与数据采集系统(18)和同步控制器(17)实现点火电极(4)的开启与关闭；

供气系统由第一气瓶气源(23-1)、第二气瓶气源(23-2)、预混罐(15)和第一真空压力表(22-1)组成；预混罐(15)顶部安装第一真空压力表(22-1)测定其内部预混气体压力，通过道尔顿分压定律可配置容器内部预混气体的浓度；侧壁开有螺纹孔与第一气瓶气源(23-1)、第二气瓶气源(23-2)和喷粉系统相连；

喷粉系统由哈特曼喷粉装置(3)、单向阀(16)、电磁阀(25)、同步控制器(17)和程序控制与数据采集系统(18)及管路组成；哈特曼喷粉装置(3)安装于第二容器端盖法兰(2-2)上，通过管路与单向阀(16)和电磁阀(25)相连；电磁阀(25)通过球阀与预混罐(15)连接，粉尘置于哈特曼喷粉装置(3)的粉尘槽内部，通过电磁阀的开启与关闭，高压预混气体通过管路将粉尘槽内粉尘扬起并均匀弥散于可视化爆炸容器(1)内部，形成气固均匀分布的可燃性混合爆炸介质；

泄爆系统由泄爆导管(26)、泄爆膜(5)、端面泄爆法兰(6)、第一可视化泄爆管道(7-1)、第二可视化泄爆管道(7-2)、第三可视化泄爆管道(7-3)以及泄爆装置(10)组成；可视化爆炸容器(1)右侧开孔设置泄爆导管(26)，在泄爆导管(26)的端口安装泄爆膜(5)，并通过端面泄爆法兰(6)压紧；可视化泄爆管道由第一可视化泄爆管道(7-1)和第二可视化泄爆管道(7-2)和第三可视化泄爆管道(7-3)中的一个或多个通过螺栓连接组成，其具体长度根据实际试验需求选择安装；可视化泄爆管道的一侧端口安装有泄爆装置(10)；

压力采集系统由第一高频压力传感器(8-1)、第二高频压力传感器(8-2)、第三高频压力传感器(8-3)、第四高频压力传感器(8-4)、第五高频压力传感器(8-5)、第六高频压力传感器(8-6)、第七高频压力传感器(8-7)、第八高频压力传感器(8-8)、同步控制器(17)和程序控制与数据采集系统(18)组成；第一高频压力传感器(8-1)安装于第一容器端盖法兰(2-1)上中心区域，采集泄爆过程中可视化爆炸容器(1)内部压力随时间变化；第二高频压力传感器(8-2)安装于泄爆导管(26)壁面上，采集泄爆过程中冲击波进入导管内部压力变化；第三高频压力传感器(8-3)、第四高频压力传感器(8-4)和第五高频压力传感器(8-5)在泄爆口外部等间距安装，采集泄放火焰传播至外部开场空间以及安装泄爆装置后外部压力场分布变化；第六高频压力传感器(8-6)、第七高频压力传感器(8-7)和第八高频压力传感器(8-8)安装于第一可视化泄爆管道(7-1)、第二可视化泄爆管道(7-2)、第三可视化泄爆管道(7-3)的中心壁面上，采集火焰穿过泄爆管道后其内部压力分布变化；

温度采集系统由第一高频温度热电偶(9-1)、第二高频温度热电偶(9-2)、第三高频温度热电偶(9-3)、第四高频温度热电偶(9-4)、第五高频温度热电偶(9-5)、第六高频温度热电偶(9-6)、第七高频温度热电偶(9-7)、第八高频温度热电偶(9-8)、同步控制器(17)和程序控制与数据采集系统(18)组成；第一高频温度热电偶(9-1)安装于第一容器端盖法兰(2-1)上中心区域，采集泄爆过程中可视化爆炸容器(1)内部火焰温度变化；第二高频温度热电偶(9-2)安装于泄爆导管(26)壁面上，采集泄爆过程中火焰进入导管内部温度变化；第三高频温度热电偶(9-3)、第四高频温度热电偶(9-4)和第五高频温度热电偶(9-5)在泄爆口外部等间距安装，采集泄放火焰传播至外部开场空间后温度分布，以及安装泄爆装置(10)后对外部温度场的影响；第六高频温度热电偶(9-6)、第七高频温度热电偶(9-7)和第八高频温度热电偶(9-8)安装于第一可视化泄爆管道(7-1)、第二可视化泄爆管道(7-2)、第三可视化泄爆管道(7-3)的中心壁面上，采集泄爆火焰在其内部传播过程中温度分布变化；同时，结合高速红外热成像仪(14)采集泄爆过程中可视化爆炸容器(1)和第一可视化泄爆管道(7-1)、第二可视化泄爆管道(7-2)、第三可视化泄爆管道(7-3)内部以及外部温度场的分布变化；

图像采集系统由高速摄像机(12)、同步控制器(17)和程序控制与数据采集系统(18)组成；通过高速摄像采集系统可对可视化爆炸容器(1)、第一可视化泄爆管道(7-1)、第二可视化泄爆管道(7-2)、第三可视化泄爆管道(7-3)以及外部流场气体或气体/粉尘复合爆炸火焰演变及传播特性进行图像采集，同时对泄爆装置(10)是否阻火成功进行判断；

纹影采集系统由高速纹影仪(13)、同步控制器(17)和程序控制与数据采集系统(18)组成；通过高速纹影采集系统对可视化爆炸容器(1)、第一可视化泄爆管道(7-1)、第二可视化泄爆管道(7-2)、第三可视化泄爆管道(7-3)，以及外部流场气体或气体/粉尘复合爆炸泄放过程微观流场结构演变及发展过程进行图像采集；

油浴加热系统由夹套(19)、油浴加热器(24)组成；预混罐(15)连接油浴加热器(24)，其外部设有夹套(19)；通过油浴加热器(24)控制夹套内部油浴温度，进而改变预混罐(15)内部预混气体的环境温度，实现进入可视化爆炸容器(1)内部气体-粉尘复合爆炸过程中初始温度的调控。