[发明专利]一种无约束气云爆燃实验装置及测试方法

说明书

本发明公开了一种无约束气云爆燃实验装置及测试方法，是在高度可调的不锈钢支架上通过气体喷头固定乳胶气球，利用配气系统向气球中充入一定体积浓度的可燃气体和空气，待气体混合均匀后点燃。通过高速摄像光学测试系统和动压监测系统实时采集可燃气云破膜过程的火焰传播和爆燃超压分布，结合自主编写的程序代码对图像数据批量化处理，提取火焰速度。本发明充分利用了气体爆炸相关理论及高速相机的分析特点，利用Python算法对火焰图像进行批量操作获得准确的火焰传播速度，对工业领域因气体泄漏形成的无约束气云爆炸灾害的防控具有重要的意义。本发明装置结构和操作步骤简单，可以根据实验需求主动调节初始气云大小和离地高度，测定结果直观真实，易于推广。

技术领域

本发明涉及一种无约束气云爆燃实验装置及测试方法，更具体地说是利用乳胶气球对初始可燃气云进行固定，离地高度可调，通过自主编写代码萃取高精度图像数据，结合压力监测数据，探究无约束气云的爆炸机理和影响因素。属于气体爆燃测试技术领域。

背景技术

在全球化石燃料短缺和环境污染严重的背景下，可燃气体作为一种清洁燃料，在能源、化工等领域得到广泛应用，气体意外爆炸发生的次数也越来越多。Zhu等(JournalofLoss Prevention in the Process Industries,2015)对1940～2010年间发生的大约174起气体爆炸事故评估发现可燃气体意外泄漏形成的无约束蒸汽云爆炸是造成最大工业损失的主要原因。因此，通过实验模拟无约束气云爆炸实验，测量爆炸产生的超压数据以及火焰等相关参数，对生产、储存等环节安全距离和防护标准的制定至关重要。

目前，实验室系统中用于可燃气体的爆炸测试的实验装置以爆炸管道和球容器为主，但尺寸各异，功能单一，后期维护保养成本也相对较高，具有一定的局限性。如：专利(CN109738607A)提供了一种具有浓度梯度的容器管道气体爆炸实验装置，用于研究具有浓度梯度可燃气体爆炸向惰化空间传播过程压力波和火焰传播的变化机制，但无法通过可视化手段对爆燃火焰进行观测；专利(CN106248733A)公开了一种多视窗多功能气体爆炸实验系统，设有多个光学诊断视窗，对气体爆炸燃烧过程进行同步测试，但由于观察窗尺寸较小，无法较为准确清晰的观测燃烧火焰传播过程中的结构的变化与与规律。

可燃气体预混爆炸，按传播状况可以分为四种模式：定压燃烧、爆燃、定容爆炸以及爆炸，而无约束蒸汽云爆炸属于爆燃过程。为了模拟可燃气云在无约束条件定压燃烧和爆燃过程，专利(CN101726571B)公开了一种开敞空间的气云爆燃实验装置，步骤是在圆形梯度板上由内而外覆盖两层以上的半球薄膜，然后将每层薄膜之间的空气抽走，在注入不同浓度的预混气云随后点爆。该方法虽然能够解决可燃气云爆燃火焰观测问题，但是预混气体的初始浓度以及地面冲击波反射对实验数据的准确性造成较大的干扰。

针对上述情况，本发明提出了一种无约束气云爆燃实验装置及测试方法，该装置是利用乳胶气球模拟可燃气云定压燃烧及在无约束空间的爆燃过程，通过固定支架上的移动滑块适时调节初始气云距离地面的高度，避免地面反射对爆炸超压数据的影响，真实地模拟可燃气云无约束燃爆特性。

发明内容

为了克服现有技术和实验装置的不足，本发明的目的在于提供一种无约束气云爆燃实验装置及测试方法，利用透明乳胶气球对初始气云进行固定，高速摄像等辅助设备拍摄记录火焰传播过程，进而获得爆燃火焰结构变化、发展规律以及火焰速度等重要参数。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案实现。

一种无约束气云爆燃实验装置，具体有配气系统、乳胶气球、气球固定喷嘴、乳胶气球支架、钢铁支架、点火组合器、智能控制系统，数据采集系统。

所述配气系统包括氧化性气体和可燃气体气瓶，并配有相应的减压阀/安全阀，通过进气管道充入乳胶气球，各进气管道上安装有气体体积流量计。

上述装置中，乳胶气球固定在气球喷嘴；乳胶气球支架保证乳胶气球在充气过程保持相同的形状且不发生晃动；所述气球固定气球喷嘴和乳胶气球支架分别焊接和铆定在钢铁支架上部；