[发明专利]预混气体爆燃流场波系演化过程的观测方法及观测系统

说明书

本发明涉及一种预混气体爆燃流场波系演化过程的观测系统及方法，该系统包括激光器、第一平面镜、平凹透镜、第一凹球反射镜、第二凹球反射镜、第二平面镜、遮光片和摄像装置；激光器设置在第一凹球反射镜焦点以外，且第一凹球反射镜焦点处设置有狭缝，以使激光器发出的光经狭缝出射为点光源，出射光扩束后进入第一平面镜，通过第一平面镜反射到平凹透镜，平凹透镜将发散光发射到第一凹球反射镜，经第一凹球反射镜反射的光通过观察窗进入第二凹球反射镜进行再一次反射，再次反射的光通过第二平面镜和遮光片进入摄像装置，得到观察窗内预混气体爆燃场图像，其中，上述光路传播采用Z型，即入射光源与成像装置放置于不同的两侧。

技术领域

本发明涉及一种预混气体爆燃流场波系演化过程的观测方法及观测系统，属于安全科学与技术领域。

背景技术

煤矿井下瓦斯/空气预混气体爆燃事故给矿山安全生产带来了极大的灾害，同时该类问题也一直是力学学科和安全学科所研究的经典问题和前沿问题。虽然国家多次立项研究此类问题，但是该类事故依旧屡见不鲜。在中国的工业生产重大事故中，煤炭工业发生的重大事故往往是导致伤亡最严重的，其中煤矿瓦斯爆炸灾害事故所导致的伤亡比重也是最大的。每年影响我国工业生产的重大事故中，工业煤矿重大事故所占比例约为90％，非工业煤矿重大事故所占比例约为4％，其他所占比例约为6％。而且在煤矿3人及以上的死亡事故中，瓦斯死亡事故所占比例约为69.1％。其中的瓦斯爆炸、爆燃事故是造成经济、人员损失最严重的。究其原因仍然是对瓦斯/空气预混气体爆燃流场的演化过程，尤其是火焰微观结构信息认识不清，探究研究方法的改进是解决上述问题的根本。

近年来学者们开始重视这一问题，研究方法大致可以分为大涡模拟研究和激波管实验研究两类，大涡模拟已经可以揭示火焰传播过程中的流动现象，有助于理解层流火焰向湍流火焰转变、燃烧不稳定性和火焰形态变化等，但是数值模拟更多依靠模型的准确性，其结果往往和真实情况存在很大的差异；而激波管实验研究中，压力和火焰速度等常规的宏观测试方法已经不能满足对流场微观信息的认识。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种能够准确获取预混气体爆燃流场的内部微观结构信息，从基元反应层面认识爆燃流场的演化过程以及惰性介质阻燃剂抑制作用的机理的预混气体爆燃流场波系演化过程的观测方法及观测系统。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种预混气体爆燃流场波系演化过程的观测系统，该系统包括激光器、第一平面镜、平凹透镜、第一凹球反射镜、第二凹球反射镜、第二平面镜、遮光片和摄像装置；所述激光器设置在所述第一凹球反射镜焦点以外，且所述第一凹球反射镜焦点处设置有狭缝，以使所述激光器发出的光经所述狭缝出射为点光源，出射光扩束后进入所述第一平面镜，通过所述第一平面镜反射到所述平凹透镜，所述平凹透镜将发散光发射到所述第一凹球反射镜，经所述第一凹球反射镜反射的光通过观察窗进入所述第二凹球反射镜进行再一次反射，再次反射的光通过所述第二平面镜聚焦所述遮光片成像，成像结果投射到所述摄像装置的屏幕上，得到所述观察窗内预混气体爆燃场图像，其中，上述光路传播采用Z型，即入射光源与成像装置放置于不同的两侧。

优选地，所述激光器采用脉冲光源，用于拍摄预混气体瞬态变化流场。

优选地，其特征在于，所述激光器的出光端处设置有滤光片。

优选地，所述遮光片用于遮挡不同偏折程度光线，使得获得图像的亮暗程度与被测流场中各位置的光线偏折程度相对应，所述遮光片采用黑白或彩色，所述黑白遮光片采用带有直边刀刃的钢片，所述彩色遮光片采用三种不同颜色光学玻璃研磨成的光学组件，所述彩色遮光片中间为蓝色，两边为红色和黄色。

优选地，所述遮光片能够沿与其垂直的方向平移，移动距离为±5mm，最小刻度0.01mm，所述遮光片可绕光轴作360°旋转，使其能够准确定位于所述第二凹球反射镜的焦点处，并与所述狭缝平行。