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申请/专利权人：宁波工程学院

摘要：本发明提供一种研究可燃气体爆燃泄放的实验装置及应用方法，整个实验装置包括泄爆容器、配气预混装置、可调式点火系统和高速纹影摄像及数据采集系统。该实验装置及方法可用于预混可燃气体爆燃泄放的实验研究，通过分析破膜压力（Pv）、障碍物（Obs）、泄爆面积（Av）、泄放系数（Kv）、泄爆导管（Rs）、气体组分浓度（φ）、静态动作压力（Pstat）、初始湍流程度（Initur）、点火能量（Ed）、点火位置（Ignloc）等因素对可燃气体爆燃泄放超压瞬变和火焰行为的影响，探究典型超压峰值（泄爆开启形成的峰值Pb，外部爆炸形成的峰值Pext，爆室最大火焰面积形成的峰值Pred，爆室结构与声波相互作用引起燃烧火焰震荡形成的峰值Pac）与爆燃火焰的协同效应。

主权项：1.一种研究可燃气体爆燃泄放的实验装置，其特征在于：包括一泄爆容器、一配气预混装置11、一可调式点火系统12和一高速纹影摄像及数据采集系统；所述泄爆容器包括一圆柱形抗爆容器1和若干个法兰盖2，分别在圆柱形抗爆容器1壁面的底部、中部和上部位置开设了用于连接高能点火杆3、高频压力传感器4和火焰传感器5的3个螺孔，与螺孔成90度圆心角壁面的底部位置设置抽充气阀6，用于对圆柱形抗爆容器1抽真空及充入预混可燃气体；利用螺栓把不同破膜压力的泄爆膜片7夹设在圆柱形抗爆容器1与不同泄爆面积的法兰盖2之间，并在顶部法兰盖开口外侧塞上橡胶塞8，确保圆柱形抗爆容器1能够完全密封；圆柱形抗爆容器1顶部能完全打开，其内壁面的底面和壁面分别预留了若干个用于固定障碍物的小孔，通过加设各种类型的障碍物附件，真实模拟类似反应器内搅拌桨对可燃气体爆燃泄放过程的影响；圆柱形抗爆容器1预设螺孔正对壁面的中间位置接有泄爆短管9，并配有多个泄爆面积不同的法兰片10，以进行可燃气体侧向导管泄爆的实验研究；所述配气预混装置11由标准气和平衡气的专用数显质量流量计和预混腔组成，通过流量控制开关配制指定浓度组分的可燃气体以及与惰性气体混合的可燃气体，通过抽充气阀6充入到圆柱形抗爆容器1内；所述可调式点火系统12通过交流电对内置电容进行充电，利用调节电容电压来改变高能点火杆3的点火能量，根据高能点火杆3在圆柱形抗爆容器1壁面位置点火和内部中间位置点火的两种情况，分别设计了长度不同的两种高能点火杆3；所述高速纹影摄像及数据采集系统包括一高速摄像机13和纹影光学装置以及一同步数据采集仪14，将纹影光学装置的一对纹影凹凸镜面15布置在圆柱形抗爆容器顶部泄爆口的外流场，通过纹影光源16经过聚焦镜片117，再经过凹凸镜面后穿过纹影刀口18，最后经聚焦镜片219进入高速摄像机，以拍摄泄爆射流火焰外部流场的时序纹影图；同步数据采集仪14连接高频压力传感器4和火焰传感器5，用于实时采集可燃气体泄爆过程中的压力动态信号和火焰信号数据，高频压力传感器4和火焰传感器5根据实验需要，将其安装在圆柱形抗爆容器1的任意预留螺孔位置；所述高速纹影摄像系统由高速摄像机13和纹影光学装置组成，与可调式点火系统12同步控制；当可燃气体泄爆外流场密度不均匀时，由纹影光源16发出的光通过流场发生偏折，高速摄像机物镜上照度随之改变，进而显示流场密度变化，高速摄像机13记录流场密度一阶导数分布图像，从而记录泄爆外流场火焰及压力波的形状和位置；数据采集系统包括利用高频压力传感器4和火焰传感器5，通过同步数据采集仪14对可燃气体泄爆内外的压力和火焰进行实时采集记录；所述的高速纹影摄像及数据采集系统能获得火焰时序纹影图、泄爆压力曲线、火焰强度信号，这些图像数据用来分析可燃气体爆燃泄放过程中火焰区结构及燃烧爆炸特征，表征燃烧反应区流场结构变化，探究可燃气体爆燃泄放过程中泄爆超压和火焰的双重耦合机制；在圆柱形抗爆容器1与顶部法兰盖2之间加设不同破膜压力Pv的泄爆膜片7，用高强度螺栓进行连接，并在顶部法兰盖2开口外侧塞上橡胶塞8，确保圆柱形抗爆容器1能够完全密封；利用真空泵连接圆柱形抗爆容器1底部的抽充气阀6进行抽真空，用高频压力传感器4监测真空度和密封性；通过拆卸顶部法兰盖2，圆柱形抗爆容器1顶部能完全开启，在其内部加设各种类型的障碍物附件，用于进行障碍物Obs对可燃气体爆燃泄放影响的实验研究；设计的顶部泄爆法兰盖2具有多个开口尺寸，能够进行可燃气体在不同泄爆面积Av、泄放系数Kv条件下的泄爆实验研究；通过在顶部法兰盖2的外壁面上设置预留小浅孔，固定高频压力传感器4和火焰传感器5，监测泄爆外流场的压力动态信号和火焰信号；通过在圆柱形抗爆容器壁面的中间位置设计泄爆短管9，将其连接不同尺寸的泄爆导管，开展泄爆导管Rs对可燃气体爆燃泄放影响的实验研究；所述配气预混装置11选用数显质量流量计，通过调节标准气和平衡气的流量开度，将所需多组分浓度的可燃气体在预混腔内提前进行混合，通过抽充气阀6充入不同抽真空程度的圆柱形抗爆容器1内，直至圆柱形抗爆容器1处于常压或过压或低压状态，改变可燃气体在圆柱形抗爆容器1内的静置时间，以形成不同初始湍流程度的可燃气体，开展不同气体组分浓度φ、静态动作压力Pstat、初始湍流程度Initur对可燃气体爆燃泄放影响的实验研究；所述可调式点火系统12采用交流电对内置电容进行充电，通过调节电压输入，实现点火能量可调；将不同长度的高能点火杆3加设在圆柱形抗爆容器1的不同螺孔处，根据高能点火杆伸入长度，实现不同点火能量Ed、点火位置Ignloc对可燃气体爆燃泄放影响的实验研究；通过高频压力传感器4、火焰传感器5以及高速摄像机13配合纹影光学装置，对圆柱形抗爆容器爆燃泄放过程的压力、火焰及外流场等进行数据图像采集，获得Pv、Obs、Av、Kv、Rs、φ、Pstat、Initur、Ed、Ignloc因素对可燃气体爆燃泄放超压和火焰的影响特征。

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百度查询： 宁波工程学院 一种可燃气体爆燃泄放实验装置的设计与应用