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申请/专利权人：南京工业大学

摘要：本发明是基于石化企业可燃介质燃爆火焰‑冲击波耦合作用下建筑墙体抗爆涂层性能测试装置和方法，属于石化企业安全领域。包括：可视化爆炸泄放系统、气云爆炸系统、点火系统、供气系统、喷粉系统、泄爆系统、抗爆涂层测试系统、图像采集系统、高速红外采集系统、纹影采集系统、油浴加热系统、压力采集系统、冲击波振荡采集系统、激光位移采集系统、温度采集系统、应变采集系统等。本发明创造研究多参数影响下可燃介质燃爆火焰‑冲击波耦合作用下砌体墙抗爆涂层性能测试及抗爆机理，填补了可燃介质爆炸火焰‑冲击波耦合作用下砌体墙抗爆涂层性能测试多因素影响机制和动态载荷作用下聚脲涂层抗爆性能检测及防护机理研究的空白。

主权项：1.基于石化企业可燃介质燃爆火焰-冲击波耦合作用下建筑墙体抗爆涂层性能测试装置，其特征在于，包括：可视化爆炸泄放系统、气云爆炸系统、点火系统、供气系统、喷粉系统、泄爆系统、抗爆涂层测试系统、图像采集系统、高速红外采集系统、纹影采集系统、油浴加热系统、压力采集系统、冲击波振荡采集系统、激光位移采集系统、温度采集系统、应变采集系统、同步控制器、程序控制与数据采集系统；程序控制与数据采集系统结合同步控制器，分别与点火系统、喷粉系统、图像采集系统、高速红外采集系统、纹影采集系统、压力采集系统连接、冲击波振荡采集系统、激光位移采集系统、温度采集系统、应变采集系统连接；所述可视化爆炸泄放系统由可视化爆炸容器1、第一可视化视窗3-1、第二可视化视窗3-2、第二真空压力表4-2、第一伸缩支架28-1、第二伸缩支架28-2组成；可视化爆炸容器1为圆柱形容器结构，前后安装第一可视化视窗3-1、第二可视化视窗3-2，并通过螺栓与其连接；可视化爆炸容器1底部安装第一伸缩支架28-1、第二伸缩支架28-2，并通过螺栓固定在标尺滑轨27上，可实现水平移动并改变与砌体墙23的距离；通过调整第一伸缩支架28-1、第二伸缩支架28-2高度，改变可视化爆炸容器1高度，进而调控火焰-冲击波作用于砌体墙23的位置；可视化爆炸容器1上端部通过球阀安装第二真空压力表4-2，测定可视化爆炸容器1内部起爆压力；可视化爆炸容器1右下侧通过球阀与压缩机35相连，实现起爆时初始压力的调控以及对爆炸产物进行吹扫，实现外界新鲜空气与内部产物的置换；可视化爆炸容器1右下侧连接球阀并与真空泵34相连，使其内部达到设定的真空度，调控起爆时的初始压力即真空度；所述图像采集系统由高速摄像机15、同步控制器20和程序控制与数据采集系统21组成；通过高速摄像机15对可视化爆炸容器1内外部火焰形态演变过程、泄放火焰作用于砌体墙23并受其阻挡反射冲击波作用于火焰后的形态转变过程，以及砌体墙23和聚脲涂层24受冲击波动态载荷作用后瞬态结构变形过程进行图像采集，分析砌体墙23在高温火焰作用下受爆炸泄放冲击波作用的破坏机理及聚脲涂层24的损伤机理；同时，通过高速摄像机15对气云爆炸火焰形态演变过程、气云爆炸火焰作用于砌体墙23并受其阻挡反射冲击波作用于火焰后形态转变过程，以及砌体墙23和聚脲涂层24变形受冲击波动态载荷作用后的瞬态结构变化过程进行图像采集，分析砌体墙23在高温火焰作用下受气云爆炸冲击波作用的破坏机理及聚脲涂层24的损伤机理；所述高速红外采集系统由高频红外热成像仪16、同步控制器20和程序控制与数据采集系统21组成；通过高频红外热成像仪16对可视化爆炸容器1内外部温度场分布与演变过程、泄放火焰作用于砌体墙23并受其阻挡反射冲击波作用于火焰后的温度场分布与瞬态转变过程进行采集，分析高温火焰作用下砌体墙23受爆炸泄放冲击波作用的破坏机理及聚脲涂层24的高温损伤机理；同时，通过高频红外热成像仪16对气云爆炸温度场分布与演变过程、气云爆炸火焰作用于砌体墙23并受其阻挡冲击波反射作用于流场导致温度场分布转变过程进行采集，分析在气云爆炸动态载荷作用下砌体墙23变形后火焰和冲击波耦合作用过程的温度场分布结构转变过程，进而分析砌体墙23在高温火焰作用下受爆炸泄放冲击波作用的破坏机理及聚脲涂层24的损伤机理以及多因素影响机制；所述纹影采集系统由高速纹影仪17、高速摄像机15、同步控制器20和程序控制与数据采集系统21组成；通过纹影采集系统对可视化爆炸容器1内外部微观流场结构演变过程、泄放火焰作用于砌体墙23并受其阻挡反射冲击波作用于火焰后的微观流场结构转变过程进行记录，分析在动态载荷作用下砌体墙23变形后火焰和冲击波的耦合作用过程的微观流场结构转变过程，进而分析砌体墙23在高温火焰作用下受爆炸泄放冲击波作用的破坏机理及聚脲涂层24的损伤机理；同时，通过高速纹影仪17对气云爆炸微观流场结构演变过程、气云爆炸火焰作用于砌体墙23并受其阻挡反射冲击波作用于火焰后微观流场结构转变过程进行捕捉，分析在气云爆炸动态载荷作用砌体墙23变形后火焰和冲击波的耦合作用过程的微观流场结构转变过程，进而分析砌体墙23在高温火焰作用下受爆炸泄放冲击波作用的破坏机理及聚脲涂层24的损伤机理；所述压力采集系统由第一高频压力变送器29-1、第二高频压力变送器29-2、第三高频压力变送器29-3、第四高频压力变送器29-4、第五高频压力变送器29-5、第六高频压力变送器29-6、第七高频压力变送器29-7、第八高频压力变送器29-8、第五伸缩支架28-5、第六伸缩支架28-6、第七伸缩支架28-7、同步控制器20和程序控制与数据采集系统21组成；第五伸缩支架28-5通过螺栓固定于标尺滑轨27上，高频压力变送器29-7安装于可视化爆炸容器1前端第五伸缩支架28-5上并沿泄爆口轴向水平高度布置，采集泄爆膜14破裂后外部泄爆流场局部压力变化；第二高频压力变送器29-2、第三高频压力变送器29-3安装于砌体墙23前方20mm第六伸缩支架28-6上，采集泄爆冲击波作用于砌体墙23时的动态载荷，第五伸缩支架28-5与第六伸缩支架28-6刚性连接以保证其强度；第八高频压力变送器29-8安装于可视化爆炸容器1上侧壁面内部，采集其内部压力变化；第一高频压力变送器29-1安装于变径泄放管道2壁面内部，采集其内部压力变化；第四高频压力变送器29-4、第六高频压力变送器29-6安装于气云模板第七伸缩支架28-7上，采集与砌体墙23确定距离和高度的气云爆炸冲击波动态载荷变化；第五高频压力变送器29-5安装于气云薄膜25正上方，采集气云爆炸顶端中心位置压力变化；所述冲击波振荡采集系统由高频压阻式加速度传感器30、同步控制器20和程序控制与数据采集系统21组成；本装置进行两种爆炸方式产生火焰-冲击波作用下抗爆涂层性能测试研究，一是爆炸泄放实验，二是气云燃爆实验；高频压阻式加速度传感器30安装于砌体墙23前方第六伸缩支架28-6上，测定在冲击波作用于砌体墙23的动态载荷随时间响应振荡变化；在进行爆炸泄放实验时高频压阻式加速度传感器30朝向可视化爆炸容器1的泄爆口，用以测量冲击波作用于砌体墙23的动态载荷；在进行气云燃爆实验时，将砌体墙23调转180度，让高频压阻式加速度传感器30朝向气云薄膜25，测量冲击波作用于砌体墙23的动态载荷；结合高温火焰和冲击波动态载荷作用下砌体墙及聚脲的变形与失效形式，明确形变引起火焰-冲击波反射叠加耦合作用过程，包括密度场、温度场、压力场和速度场的多物理场参数的耦合作用过程，以及动态载荷与抗爆涂层性能参数的关联关系，建立高温下砌体墙及聚脲受冲击波动态载荷作用失效过程的物理模型；所述激光位移采集系统由第一扇形激光发射器31-1、第二扇形激光发射器31-2、同步控制器20及程序控制与数据采集系统21组成；第一扇形激光发射器31-1安装于金属框架22背侧顶端横梁边框，第二扇形激光发射器31-2安装于金属框架22前侧顶端横梁边框；第一扇形激光发射器31-1、第二扇形激光发射器31-2将在砌体墙23表面发射与其平行的扇形平面，通过激光扇形平面与砌体墙23的位移变化，建立三维墙体损伤位移变化模型，进而获得受爆炸冲击波撞击砌体墙23位移变形与转角变化；通过第一扇形激光发射器31-1测得砌体墙23背侧抗爆墙体聚脲涂层24鼓包位移形变，建立多因素影响下冲击波强度与砌体墙23位移变化对应关系以及抗爆涂层的防护机理；所述温度采集系统由第一高频温度热电偶32-1、第二高频温度热电偶32-2、第三高频温度热电偶32-3、第四高频温度热电偶32-4、第五高频温度热电偶32-5、第六高频温度热电偶32-6、第七高频温度热电偶32-7、第八高频温度热电偶32-8、同步控制器20和程序控制与数据采集系统21组成；第七高频温度热电偶32-7安装于第五伸缩支架28-5上且沿泄爆口轴向水平布置，采集泄爆膜14破裂后距泄爆口确定距离局部流场温度变化；第八高频温度热电偶32-8安装于可视化爆炸容器1上侧壁面内部，采集容器内部温度分布变化；第一高频温度热电偶32-1、第二高频温度热电偶32-2安装于距砌体墙23前方20mm的第六伸缩支架28-6上，采集作用其不同高度的局部温度变化；第三高频温度热电偶32-3安装于变径泄放管道2下侧壁面内部，采集其内部温度变化，即泄爆膜14破裂前的温度；第四高频温度热电偶32-4、第六高频温度热电偶32-6安装在薄膜底板36第七伸缩支架28-7上且垂直安装，采集气云爆炸不同高度的局部温度值；第五高频温度热电偶32-5安装在气云薄膜25中心顶端，采集气云爆炸顶部中心位置温度变化；所述应变采集系统由第一应变片33-1、第二应变片33-2、第三应变片33-3、第四应变片33-4、同步控制器20和程序控制与数据采集系统21组成；第一应变片33-1、第二应变片33-2、第三应变片33-3、第四应变片33-4、粘贴于砌体墙23背面聚脲涂层24上，采集聚脲涂层24受泄爆及爆燃冲击波作用下的应变变化；一是爆炸泄放实验；二是气云燃爆实验，在进行爆炸泄放实验时聚脲涂层24是在泄爆口的背面；在进行气云燃爆实验时聚脲涂层24是在气云薄膜25的背面；通过第一应变片33-1、第二应变片33-2、第三应变片33-3、第四应变片33-4对抗爆涂层的应变测试，从应变特性方面研究分析抗爆涂层的抗爆性能以及涂层的防护机理；基于此，提出应变变化公式（1）分析聚脲涂层24的抗爆效果及涂层与抗爆性能参数的关联关系；ε＝∮δk，h，S，D，μ，F（1）式中：ε为抗爆涂层应变；δk为抗爆涂层厚度；h为墙体厚度；S为墙体面积；D为爆心距墙体距离；μ为抗爆涂层应变率；F为动态载荷。

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