CN107942029B - 一种快速有效直接起爆爆轰管道组及实验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种快速有效直接起爆爆轰管道组及实验方法，属于爆轰实验装置技术领域。该管道组包括点火段、收缩段和实验段，点火段一端与充气管路连接，另一端与收缩段相连，点火段上方安设高压点火装置，收缩段另一端连接实验段，收缩段管径由点火段至实验段逐渐缩小，收缩段内部安设Shchelkin螺旋增加湍流度，实验段管径小于点火段，上方安装传感器，前端安设烟膜以检验爆轰是否形成，末端密封，可根据需要安设烟膜等记录爆轰结构。该管道组应用于爆轰实验中，可缩短爆轰实验中预混气体被点燃至形成爆轰的距离，加速预混气体燃烧转爆轰过程，提高实验效率，对爆轰实验研究具有积极意义。
Description
技术领域
本发明涉及爆轰实验装置技术领域，特别是指一种快速有效直接起爆爆轰管道组及实验方法。
背景技术
预混气体被点燃后能否形成爆轰波直接关系到爆轰实验是否成功，而爆轰实验中预混气被点燃至形成爆轰波需经过一定时间。研究人员希望加速爆轰波形成过程，提高实验效率。形成爆轰波的方式有直接起爆与燃烧转爆轰(DDT)过程。直接起爆与点火源能量和气体性质有关，而DDT过程则很大程度上受初始条件与边界条件的影响。爆轰实验中，使用高敏感度的引爆气体引燃实验预混气体的方式较为常见，其原理在于利用高能电火花直接起爆引爆气体形成过驱爆轰，进而引燃预混气体。对于同种气体，DDT过程很大程度上依赖于边界条件，增加管径粗糙度实际上提升了管道中的湍流程度，对于高速火焰向爆轰转化有促进作用。另一方面，根据激波动力学，增大压比或改变管道截面是增加激波强度的常见方式。对应于爆轰实验前者需要更大引爆气初始压力以及更强的点火花，而过多的引爆气体会影响爆轰实验结果，相比而言，通过收缩管段改变管道截面积增大爆轰波强度则较易实现。爆轰波传播过程中，收缩管段可视为对其施加连续压缩扰动，使能量更加集中，爆轰波不断增强。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种快速有效直接起爆爆轰管道组及实验方法。
该管道组包括点火段、收缩段和实验段，点火段一端与充气管路连接，点火段另一端与收缩段相连，连接处使用橡胶圈密封，点火段上方安设高压点火装置，可以直接引爆点火段中引爆气，点火段两端安装法兰；收缩段另一端连接实验段，收缩段管径由点火段至实验段逐渐缩小，实验段管径小于点火段，试验段上方安装传感器，可实时探测实验过程中的压力温度等参数，试验段前端安设烟膜以检验爆轰是否形成，试验段末端密封，可根据需要安设烟膜等记录爆轰结构。
其中，收缩段内部安设Shchelkin螺旋增加湍流度。
点火段前端充气管路包括连接管、球阀、三通管和引爆气罐，引爆气罐通过连接管与点火段相连，连接管上设置球阀和三通管。
传感器与计算机相连，实现数据传输。
管道组用不锈钢制成，管道内表面光滑，没有明显的凸起或凹陷。管道内径根据实验需要确定，收缩段直径由点火段直径逐渐缩小为实验段直径。
该快速有效直接起爆爆轰管道组的实验方法，具体为：实验时，首先将预混气体充入管道中，之后快速平稳的充入引爆气；点火段中高压点火装置释放电火花直接起爆引爆气，形成过驱爆轰，而过驱爆轰在预混气体中形成强激波，引燃实验预混气；
预混气燃烧过程在收缩段中加速，收缩段逐渐缩小的管径对爆轰波产生连续的压缩扰动，使能量更为集中，爆轰波强度增加，压力升高，温度增加，反应加速，同时收缩段内的Shchelkin螺旋增大管中湍流度，进一步促进预混气体燃烧转爆轰过程，缩短形成爆轰的距离。
本发明的上述技术方案的有益效果如下：
上述方案中，可缩短爆轰实验中预混气体被点燃至形成爆轰的距离，加速预混气体燃烧转爆轰过程，快速有效地形成爆轰。
附图说明
图1为本发明的快速有效直接起爆爆轰管道组结构示意图；
图2为本发明的整体实验装置结构示意图。
其中：1-连接管；2-法兰；3-高压点火装置；4-点火段；5-收缩段；6-Shchelkin螺旋；7-实验段；8-烟膜；9-传感器；10-计算机；11-球阀；12-三通管；13-引爆气罐。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
本发明提供一种快速有效直接起爆爆轰管道组及实验方法。
如图1所示，该管道组包括点火段4、收缩段5和实验段7，点火段4一端与充气管路连接，点火段4另一端与收缩段5相连，点火段4上方安设高压点火装置3，点火段4两端安装法兰2；收缩段5另一端连接实验段7，收缩段5管径由点火段4至实验段7逐渐缩小，实验段7管径小于点火段4，试验段7上方安装传感器9，试验段7前端安设烟膜8，试验段7末端密封。收缩段5内部安设Shchelkin螺旋6增加湍流度。
如图2所示，就装置整体而言，点火段4前端充气管路包括连接管1、球阀11、三通管12和引爆气罐13，引爆气罐13通过连接管1与点火段4相连，连接管1上设置球阀11和三通管12。传感器9与计算机10相连，实现数据传输。
在具体实施过程中，点火段4、收缩段5和实验段7管道主体采用钢材，各管段使用法兰2连接，点火段4前端设有连接管1，如图1。实验段7上方开孔可安装传感器9，如图2。实验开始前，安设Shchelkin螺旋6与连接点火段4、收缩段5和实验段7管道，安装传感器9。连接点火段4前端充气管路，检验管道系统气密性，合格后放入烟膜8，过程中保证烟膜8无旋转。打开真空泵将管道组抽为真空。之后向管道中缓慢的充入预混气体2H2+O2+3Ar至预定压力值，其中预混气体需静置24h；使用C2H2+O2作为引爆气，将引爆气快速平稳的充入点火段4中；点火；引爆气过驱爆轰在预混气体中形成强激波，引燃预混气体。在Shchelkin螺旋6和收缩段5的作用下，预混气体燃烧加速并最终形成爆轰；烟膜8可记录此时爆轰波结构，而爆轰波传播中压力等数据由传感器9记录，管段末端烟膜11记录稳定爆轰结果。
实验完成后抽出管内气体并平稳缓慢的向管内放入空气，保存传感器9数据，取出留下轨迹的烟膜8。其中，传感器9记录的数据和烟膜8的烟迹结果可作为是否形成爆轰的判定依据。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (2)
1.一种快速有效直接起爆爆轰管道组，其特征在于：包括点火段(4)、收缩段(5)和实验段(7)，点火段(4)一端与充气管路连接，点火段(4)另一端与收缩段(5)相连，点火段(4)上方安设高压点火装置(3)，点火段(4)两端安装法兰(2)；收缩段(5)另一端连接实验段(7)，收缩段(5)管径由点火段(4)至实验段(7)逐渐缩小，实验段(7)管径小于点火段(4)，实验段(7)上方安装传感器(9)，实验段(7)前端安设烟膜(8)，实验段(7)末端密封；
所述收缩段(5)内部安设Shchelkin螺旋(6)增加湍流度；
所述管道组用不锈钢制成，管道内表面光滑；
所述点火段(4)前端充气管路包括连接管(1)、球阀(11)、三通管(12)和引爆气罐(13)，引爆气罐(13)通过连接管(1)与点火段(4)相连，连接管(1)上设置球阀(11)和三通管(12)；
该爆轰管道组的实验方法，具体为：实验时，首先将预混气体充入管道中，之后快速平稳的充入引爆气；点火段中高压点火装置释放电火花直接起爆引爆气，形成过驱爆轰，而过驱爆轰在预混气体中形成强激波，引燃实验预混气；
预混气燃烧过程在收缩段中加速，收缩段逐渐缩小的管径对爆轰波产生连续的压缩扰动，使能量更为集中，爆轰波强度增加，压力升高，温度增加，反应加速，同时收缩段内的Shchelkin螺旋增大管中湍流度，进一步促进预混气体燃烧转爆轰过程，缩短形成爆轰的距离。
2.根据权利要求1所述的快速有效直接起爆爆轰管道组，其特征在于：所述传感器(9)与计算机(10)相连，实现数据传输。
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