[发明专利]一种可视化等压条件下测量粉尘燃爆特性的实验装置及方法

说明书

本发明涉及了一种可视化等压条件下测量粉尘燃爆特性的实验装置及方法，包括配气系统、智能控制系统、装置支架、储粉罐、进气导管、喷头、乳胶气球支架、点火器组合系统、乳胶气球球形罩。所述配气系统包括空气、可燃性气体或惰性气体中的一种或多种组合气体；所述智能控制系统包括可编程控制单元和远程控制单元，并通过编程控制通气元件，进而实现对进气、喷粉和点火的控制；所述储粉罐内部设有高压气体进入孔，上部连接有粉尘分散喷射孔；所述喷头中间开孔接入进气导管、粉尘喷射导管、点火器和相应传感器。本实验装置操作简单，实验方法易行，实验现象明显，可以通过乳胶气球球形罩直接观察燃爆现象，同时消除了壁面效应的影响。

技术领域

本发明涉及研究粉尘爆炸燃烧现象的领域，具体是一种可视化等压条件下测量粉尘燃爆特性的实验装置及方法。

背景技术

随着社会工业化程度的加深，各种粉尘物质也随之产生，各类粉尘燃烧爆炸事故也是接踵而来，如《中国安全生产科学技术》杂志(2015，11(2)，186-190)统计分析了近几年来我国的各类粉尘燃爆事故，大量的粉尘燃爆事故使得国内外研究学者对粉尘爆炸开展大量的研究工作。

现有对粉尘爆炸的测试装置多为哈特曼管(1.2L)、20L球形爆炸容器和1m³爆炸容器。哈特曼管主要用于测试对粉尘的最小点火能(消防科学与技术，2016)；20L球形爆炸测试装置主要用于测试粉尘的爆炸下限、爆炸压力和爆炸压力上升速率；按ISO标准，1m³爆炸测试装置也用于粉尘爆炸的测试，但与20L球形爆炸装置对比发现其点火效率较低(Journal ofLoss Prevention in the Process Industries，2007)。以上测试粉尘燃烧爆炸实验均是在受限或者密闭空间进行的粉尘爆炸实验，而且多是不可视实验，没有任何可见的通道。

对于可视化的粉尘测试装置，研究人员同时进行了大量研究工作。其中专利(CN103940850A)公开了一种粉尘爆炸实验测试装置，通过在爆炸腔上设置透视镜，两侧设置聚焦纹影系统，利用高速摄像和高速纹影图像测试记录内部粉尘爆炸流场影像，并且能够捕捉到单个粉尘粒子的燃烧状态；专利(CN101477094B)公开了一种采用细水雾抑制气体及粉尘爆炸的实验装置，装置器壁上设有透明观察窗口和压贴有防爆片的泄压孔，内置的温度传感器和压力传感器可以检测粉尘爆炸和抑爆过程中的温度和压力变化；专利(CN106248733A)提供了一种多视窗多功能气体、粉尘爆炸抑爆实验系统，设有多个光学诊断视窗，对气体、粉尘爆炸燃烧过程进行同步测试。以上的装置虽设置了观察窗，但是由于尺寸较小或者受限密闭空间，无法较为准确清晰的观测粉尘在等压条件下燃烧火焰传播过程中的火焰结构的变化与失稳机理、湍流形成的本质和已燃区和未燃区界面的不稳定性对火焰加速的影响等燃烧反应的规律。

针对上述现象，本发明提出了一种可视化等压条件下测量粉尘燃爆特性的实验装置及方法，该装置是模拟等压条件下利用乳胶气球实现粉尘燃爆可视化的实验测试装置及方法。

发明内容

为了克服现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种等压条件下可视化的模拟粉尘燃烧与爆炸的实验装置及方法，通过透明乳胶气球球形罩，可以直接观察粉尘燃烧和爆炸现象，通过高速摄像等辅助设备拍摄记录火焰结构的变化和失稳规律、传播规律和湍流的发展情况等特征。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案实现。

一种可视化等压条件下测量粉尘燃爆特性的实验装置，具体包括配气系统、智能控制系统、装置支架、储粉罐、进气导管、喷头、乳胶气球支架、点火器组合系统、乳胶气球球形罩。所述配气系统包括空气、可燃性气体或惰性气体中的一种或多种组合气体，并且配有气体减压阀；所述智能控制系统包括可编程控制单元和远程控制单元；所述点火组合系统包括可调节高度的点火器支架和可调能高压脉冲点火器。