CN106979959A - 粉尘爆炸火焰的传播行为观测实验系统 - Google Patents

粉尘爆炸火焰的传播行为观测实验系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种粉尘爆炸火焰的传播行为观测实验系统，其包括：粉尘供给机构、粉尘喷吹机构和点火机构、水平长管和整流板。水平长管连通于粉尘供给机构和粉尘喷吹机构，点火机构安装于水平长管上并对水平长管内的粉尘进行点火以使粉尘爆炸燃烧。整流板设置于水平长管内且位于点火机构安装位置的上游，用于将水平长管内的粉尘进行整流并营造出不同的气流特征。粉尘供给机构向水平长管内供入粉尘，粉尘喷吹机构沿着水平方向向水平长管内送风，水平长管内的粉尘在风的作用下经由整流板形成了具有不同气流特征的粉尘云，进而粉尘云被点火机构点燃并爆炸燃烧，从而实现了在水平长管内观测不同气流特征下的粉尘爆炸火焰的传播行为。

Description

粉尘爆炸火焰的传播行为观测实验系统
技术领域
本发明涉及粉尘燃烧技术领域，尤其涉及一种粉尘爆炸火焰的传播行为观测实验系统。
背景技术
气动管道粉尘输送系统是以空气压缩机抽取及压缩空气为动力，对粉尘进行直接传输，避免与有毒有害粉体的直接接触及粉尘四处飞扬，较少空气污染和原料浪费。但在输运的过程中，遇到热源(如机械摩擦、撞击或高温热表面)，极易发生粉尘爆炸。粉尘爆炸是粉尘在爆炸极限范围内，遇到热源，火焰瞬间传播于整个混合粉尘空间，同时释放大量的热，形成高温和爆燃超压而造成破坏的现象。其对众多涉及易燃粉体制备、使用和处理的行业，一直构成持续的威胁。
由于粉尘云的重力作用，粉尘云很难维持在燃烧过程中仍能均匀地悬浮在水平管道内。目前，国内大部分研究机构在粉尘燃烧实验系统中采用的是竖直管道(不能反映粉尘在水平方向的火焰传播行为)，而对水平管道内粉尘爆炸火焰传播机理的研究较少。在国外，为研究粉尘云在水平管道内燃烧建立实验系统的机构也极少，如：Matsuda利用带孔半球形分散器可实现水平管道内粉尘的均匀分布，其对自我维持的粉尘火焰加速过程具有重要影响；Scotte利用全尺寸水平重力滚筒燃烧管道建立了测量粉尘燃烧速度的装置；Sichel等人则在水平管道内利用气体爆炸产生的激波诱导堆积的粉尘来观测燃烧火焰。但是上述这几种实验装置均不能形成连续、均匀、不同气流特征下的粉尘爆炸火焰。
发明内容
鉴于背景技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种粉尘爆炸火焰的传播行为观测实验系统，其能实现在水平长管内研究不同气流特征下的粉尘爆炸火焰的传播行为。
为了实现上述目的，本发明提供了一种粉尘爆炸火焰的传播行为观测实验系统，其包括：粉尘供给机构、粉尘喷吹机构和点火机构、水平长管和整流板。水平长管连通于粉尘供给机构和粉尘喷吹机构，点火机构安装于水平长管上并对水平长管内的粉尘进行点火以使粉尘爆炸燃烧。整流板设置于水平长管内且位于点火机构安装位置的上游，用于将水平长管内的粉尘进行整流并营造出不同的气流特征，从而实现在水平长管内观测不同气流特征下的粉尘爆炸火焰的传播行为。
本发明的有益效果如下：
在根据本发明的粉尘爆炸火焰的传播行为观测实验系统中，水平长管水平放置，粉尘供给机构向水平长管内供入粉尘，而粉尘喷吹机构沿着水平方向向水平长管内送风，水平长管内的粉尘在风的作用下经由整流板形成了具有不同气流特征的粉尘云，进而粉尘云被点火机构点燃并爆炸燃烧，从而实现了在水平长管内观测不同气流特征下的粉尘爆炸火焰的传播行为。
附图说明
图1是根据本发明的粉尘爆炸火焰的传播行为观测实验系统的简化示意图。
图2是图1中的粉尘传输组件的连接示意图。
其中，附图标记说明如下：
1粉尘供给机构 14支架平板
11粉尘罐 15振动筛
12粉尘传输组件 16储气瓶
121粉仓 2粉尘喷吹机构
122筒体 21送风机
123微型螺旋 22金属网
124电动机 3点火机构
125减速机 31点火电极
126联轴器 32点火器
127轴承 4水平长管
128法兰 5整流板
13下料管 6安装支架
具体实施方式
下面参照附图来详细说明根据本发明的粉尘爆炸火焰的传播行为观测实验系统。
参照图1和图2，根据本发明的粉尘爆炸火焰的传播行为观测实验系包括粉尘供给机构1、粉尘喷吹机构2和点火机构3、水平长管4和整流板5。水平长管4连通于粉尘供给机构1和粉尘喷吹机构2，点火机构3安装于水平长管4上并对水平长管4内的粉尘进行点火以使粉尘爆炸燃烧。整流板5设置于水平长管4内且位于点火机构3安装位置的上游，用于将水平长管4内的粉尘进行整流并营造出不同的气流特征(即粉尘的湍流强度不同)，从而实现在水平长管4内观测不同气流特征下的粉尘爆炸火焰的传播行为。
在根据本发明的粉尘爆炸火焰的传播行为观测实验系统中，水平长管4水平放置，粉尘供给机构1向水平长管4内供入粉尘，而粉尘喷吹机构2沿着水平方向(垂直于粉尘的重力方向)向水平长管4内送风，水平长管4内的粉尘在风的作用下经由整流板5形成了具有不同气流特征的粉尘云，进而粉尘云被点火机构3点燃并爆炸燃烧，从而实现了在水平长管4内观测不同气流特征下的粉尘爆炸火焰的传播行为。
在根据本发明的粉尘爆炸火焰的传播行为观测实验系统中，参照图1，水平长管4放置于安装支架6上。水平长管4可为透明圆柱形管道(如透明亚克力圆柱形管道)，从而可以直接看到水平长管4内的粉尘运动、粉尘爆炸燃烧及火焰传播情况。
在根据本发明的粉尘爆炸火焰的传播行为观测实验系统中，整流板5可为带有不同孔径的多孔板。整流板5上的不同孔径大小的孔将水平长管4分成多个不同的通道，从而水平长管4内的粉尘在经过整流板5时营造出不同的气流特征。
在根据本发明的粉尘爆炸火焰的传播行为观测实验系统中，参照图1，粉尘供给机构1可包括：粉尘罐11；粉尘传输组件12，连通于粉尘罐11并以恒定的质量流量将粉尘送入粉尘罐11内；下料管13，连通于粉尘罐11和水平长管4以将粉尘罐11内的粉尘送入水平长管4；以及支架平板14，固定安装下料管13。进一步地，粉尘供给机构1还可包括：振动筛15，密封连接于粉尘罐11的出口，用于振动粉尘罐11；以及储气瓶16，密封连接于振动筛15以对振动筛15内部加压，从而防止粉尘堵塞瓶口。
参照图2，粉尘传输组件12可包括：粉仓121，存储有粉尘；筒体122，连通于粉仓121和粉尘罐11；微型螺旋123，设置于筒体122内；以及电动机124，带动微型螺旋123旋转运动以将粉仓121内的粉尘以恒定的质量流量输送至粉尘罐11。
这里，粉尘传输组件12通过微型螺旋123的旋转运动将粉仓121内的粉尘以恒定的质量流量均匀的输送至粉尘罐11内，然后粉尘罐11内的粉尘在振动筛15的作用下经由下料管13均匀的分散至水平长管4中，从而解决了粉尘罐11内的粉尘完全释放并在水平长管4中均匀分散的问题。此外，振动筛15与储气瓶16的联合作用，能够防止粉尘罐11中的粉尘堵塞粉尘罐11的下料口(直接连通于下料管13)。
在根据本发明的粉尘爆炸火焰的传播行为观测实验系统中，参照图2，粉尘传输组件12还可包括：减速机125，设置于电动机124与微型螺旋123之间。减速机125经由联轴器126和轴承127连接于微型螺旋123。筒体122的末端通过法兰128密封连接于粉尘罐11。
在根据本发明的粉尘爆炸火焰的传播行为观测实验系统中，下料管13为直角弯管，下料管13的出口中心线与水平长管1的中轴线平齐，从而有助于将粉尘罐11内的粉尘均匀分散至水平长管4中。
在根据本发明的粉尘爆炸火焰的传播行为观测实验系统中，参照图1，粉尘喷吹机构2可包括：送风机21，连通于水平长管4的靠近整流板5的一端并以恒定的风量(采用加压送气法)将水平长管4内的粉尘吹起，以在水平长管4内形成浓度均匀的粉尘云；以及金属网22，设置在送风机21与整流板5之间以防止粉尘火焰逆流发生回火现象。这里，送风机21采用加压送气法，通过调节送风机21的输出频率，从而控制送风机21吹出的空气流速并以恒定的风量将水平长管4内的粉尘吹起，进而在水平长管4内形成了浓度均匀的粉尘云。金属网22具有阻燃作用，保证在水平长管4内产生连续、均匀的粉尘火焰的同时，又保证了粉尘火焰传播过程中的安全性。
在根据本发明的粉尘爆炸火焰的传播行为观测实验系统中，参照图1，点火机构3可包括：点火电极31，穿设于水平长管4的中部；以及点火器32，电连接于点火电极31以使点火电极31点燃水平长管4内的粉尘。点火电极31螺纹连接水平长管4。
在根据本发明的粉尘爆炸火焰的传播行为观测实验系统中，粉尘爆炸火焰的传播行为观测实验系统还包括：热线风速仪(未示出)，用于测量水平长管4内不同位置处的气流速度及气流分布情况，从而获取湍流强度；以及时间控制器(未示出)，用于控制粉尘供给机构1、粉尘喷吹机构2以及点火机构3的启动时间和关闭时间。
最后补充说明的是，本发明的粉尘爆炸火焰的传播行为观测实验系统属于小尺度装置，在实验过程中粉尘燃料用量少，能够保证在正确的操作下不会发生危险，整个系统运转安全可靠。此外，本发明的粉尘爆炸火焰的传播行为观测实验系统可以用于研究各种热值、各种粒径的可燃粉尘云，如煤尘、粮食粉尘、金属粉尘、军工中含能材料粉尘、航空工业中的固体推进剂粉尘。同时，本发明的粉尘爆炸火焰的传播行为观测实验系统还提供了深入研究气动管道输送系统内粉尘气固两相流场火焰传播的实验平台。

Claims (10)

1.一种粉尘爆炸火焰的传播行为观测实验系统，包括粉尘供给机构(1)、粉尘喷吹机构(2)和点火机构(3)，其特征在于，粉尘爆炸火焰的传播行为观测实验系统还包括：
水平长管(4)，连通于粉尘供给机构(1)和粉尘喷吹机构(2)，且点火机构(3)安装于水平长管(4)上并对水平长管(4)内的粉尘进行点火以使粉尘爆炸燃烧；以及
整流板(5)，设置于水平长管(4)内且位于点火机构(3)安装位置的上游，用于将水平长管(4)内的粉尘进行整流并营造出不同的气流特征，从而实现在水平长管(4)内观测不同气流特征下的粉尘爆炸火焰的传播行为。
2.根据权利要求1所述的粉尘爆炸火焰的传播行为观测实验系统，其特征在于，水平长管(4)为透明圆柱形管道。
3.根据权利要求1所述的粉尘爆炸火焰的传播行为观测实验系统，其特征在于，整流板(5)为带有不同孔径的多孔板。
4.根据权利要求1所述的粉尘爆炸火焰的传播行为观测实验系统，其特征在于，粉尘供给机构(1)包括：
粉尘罐(11)；
粉尘传输组件(12)，连通于粉尘罐(11)并以恒定的质量流量将粉尘送入粉尘罐(11)内；
下料管(13)，连通于粉尘罐(11)和水平长管(4)以将粉尘罐(11)内的粉尘送入水平长管(4)；以及
支架平板(14)，固定安装下料管(13)。
5.根据权利要求4所述的粉尘爆炸火焰的传播行为观测实验系统，其特征在于，粉尘供给机构(1)还包括：
振动筛(15)，密封连接于粉尘罐(11)的出口，用于振动粉尘罐(11)；以及
储气瓶(16)，密封连接于振动筛(15)以对振动筛(15)内部加压。
6.根据权利要求4所述的粉尘爆炸火焰的传播行为观测实验系统，其特征在于，粉尘传输组件(12)包括：
粉仓(121)，存储有粉尘；
筒体(122)，连通于粉仓(121)和粉尘罐(11)；
微型螺旋(123)，设置于筒体(122)内；以及
电动机(124)，带动微型螺旋(123)旋转运动以将粉仓(121)内的粉尘以恒定的质量流量输送至粉尘罐(11)。
7.根据权利要求4所述的粉尘爆炸火焰的传播行为观测实验系统，其特征在于，下料管(13)为直角弯管。
8.根据权利要求1所述的粉尘爆炸火焰的传播行为观测实验系统，其特征在于，粉尘喷吹机构(2)包括：
送风机(21)，连通于水平长管(4)的靠近整流板(5)的一端并以恒定的风量将水平长管(4)内的粉尘吹起，以在水平长管(4)内形成浓度均匀的粉尘云；以及
金属网(22)，设置在送风机(21)与整流板(5)之间以防止粉尘火焰逆流发生回火现象。
9.根据权利要求1所述的粉尘爆炸火焰的传播行为观测实验系统，其特征在于，点火机构(3)包括：
点火电极(31)，穿设于水平长管(4)的中部；以及
点火器(32)，电连接于点火电极(31)以使点火电极(31)点燃水平长管(4)内的粉尘。
10.根据权利要求1所述的粉尘爆炸火焰的传播行为观测实验系统，其特征在于，粉尘爆炸火焰的传播行为观测实验系统还包括：
热线风速仪，用于测量水平长管(4)内不同位置处的气流速度及气流分布情况；以及
时间控制器，用于控制粉尘供给机构(1)、粉尘喷吹机构(2)以及点火机构(3)的启动时间和关闭时间。
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