CN108426917A - 一种开敞空间蒸气云爆炸连锁反应测试系统及其测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及的是一种开敞空间可燃蒸气云爆炸连锁反应测试系统及其测试方法,用于模拟开敞空间蒸气云爆炸,得到其产生的压力及火焰发展过程,进而研究可燃蒸气云间的连锁传爆效应。包括底板、点火装置、配气系统、高速摄像仪、压力传感器、数据采集系统和聚氯乙烯薄膜;底板作为实验平台的铝合金底板,点火装置与底板连通,并用于引燃可燃蒸气云;配气系统与底板连通,并能按浓度要求配制可燃气、空气预混气体;高速火焰摄像仪通过支架安装在装置一侧,用于记录爆炸时火焰图像;压力传感器安装在底板上,用于记录爆炸时压力数据;数据采集系统实时记录分析数据,并将其传入计算机;聚氯乙烯薄膜用于固定可燃气体,以形成开敞空间半球形蒸气云。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种开敞空间可燃蒸气云爆炸连锁反应测试系统及其测试方法,用于模拟开敞空间蒸气云爆炸,得到其产生的压力及火焰发展过程,进而研究可燃蒸气云间的连锁传爆效应。
背景技术
可燃气云爆炸产生的超压相对较大,可能造成巨大的破坏作用,大量可燃气体有可能从气体储罐或者输气管道中泄露出来,在空气中扩散混合形成大规模气云爆炸混合物,一旦气云被点燃就会发生爆炸,爆炸产生的压力波及火焰在开放空间具有很大的破坏作用。而且当储罐或者管道发生多点泄露时,一个蒸气云爆炸会引燃其他气云,造成蒸气云爆炸的连锁反应,危害巨大。因此,进行模拟蒸气云爆炸连锁反应实验,测试气云爆炸产生的超压,对于安全距离的确定及安全标准的制定很有必要。
在实验室中涉及的实验气云规模小,对蒸气云爆炸产生的数据要求精确,在模拟蒸气云爆炸连锁反应方面的实验尚未开展。目前尚未有一种简单易装的测量装置能够精确测量蒸气云爆炸产生的压力数据,火焰发展规律以及蒸气云爆炸连锁反应的相关参数。
发明内容
本发明目的是针对一述所要解决的技术问题是,提供了一种开敞空间蒸气云爆炸连锁反应测试系统及其测试方法。该测试系统及测试方法能够方便准确的测量出开敞空间蒸气云爆炸时产生的压力,测得火焰发展过程图像。
一种开敞空间蒸气云爆炸连锁反应测试系统及其测试方法是采取以下技术方案实现:
一种开敞空间蒸气云爆炸连锁反应测试系统包括底板、点火装置、配气系统、高速摄像仪、压力传感器、数据采集系统和聚氯乙烯薄膜。
底板作为实验平台的铝合金底板,点火装置与底板连通,并用于引燃可燃蒸气云;配气系统与底板连通,并能按浓度要求配制可燃气-空气预混气体;高速火焰摄像仪通过支架安装在装置一侧,用于记录爆炸时火焰图像;压力传感器安装在底板上,用于记录爆炸时压力数据;数据采集系统实时记录分析数据,并将其传入计算机;聚氯乙烯薄膜用于固定可燃气体以形成开敞空间半球形蒸气云。
所述的底板材质为铝合金。底板上有若干不同尺寸的同心环形凹槽,用于通过橡胶垫圈固定聚乙烯薄膜。其中心有两个M 20*1.5的螺孔,分别为点火装置与供气系统的接口。
所述的点火装置采用电火花点火方式来获得点火能。其点火头通过底板的螺孔固定,能够与可燃气云接触,实现点火。
所述的配气系统由真空泵、配气柜、配气控制柜、可燃气钢瓶、空压机、输气管以及安装在底板上的配气阀组成。可燃气体通过进气管道与配气阀,进入已固定好且排尽空气的聚氯乙烯薄膜内,随着气体不断进入,逐渐形成半球形的可燃蒸气云。
所述的高速摄像仪安装在装置一侧,型号为Phantom V7.3,用于实时监测到可燃蒸气云爆炸及气云连锁爆炸的火焰发展图像。得到的火焰图像数据通过数据采集系统进行采集分析。
所述的压力传感器以气云中心为核心呈放射状在设置在气云周围,用以测得可燃蒸气云爆炸及气云连锁爆炸产生的压力数据,得到的压力数据通过数据采集系统进行采集分析。
所述的数据采集系统实时显示、记录、分析高速火焰摄像仪、压力传感器测量的数据。所述的数据采集系统由计算机主机、计算机显示器、DEWESoft瞬态数据采集器DEWE-43组成。
所述的聚氯乙烯薄膜厚度为0.05 mm- 0.08 mm,通过橡胶垫圈固定在底板上,能够与底板共同形成密闭空间。随着来自配气系统的气体不断进入,形成半球形的可燃蒸气云。
一种开敞空间可燃蒸气云爆炸连锁反应测试系统的测试方法,其步骤如下 :
首先将聚氯乙烯薄膜通过橡胶垫圈固定在底板上,收缩聚氯乙烯薄膜排尽其中的空气;配气系统配好预定浓度为5%-15%的可燃气-空气预混气体,然后打开底板上的进气阀,将气体充入装置内,随着聚氯乙烯薄膜不断膨胀,形成半球形蒸汽云后,压力维持在一个大气压,关闭进气阀及配气系统;然后使用点火装置引燃可燃气-空气预混气体,通过高速火焰摄像仪与压力传感器,得到气云爆炸过程产生的压力及火焰发展图像;最后将压力数据、火焰图像传入数据采集系统进行采集,记录,分析。测试实验在常温常压状态下进行。
一种开敞空间蒸气云爆炸连锁反应测试系统及其测试方法设计合理,结构紧凑,使用方便,本发明是通过压力传感器,高速火焰摄像仪,实时测量开敞空间蒸气云爆炸时的压力、火焰发展图像。实验装置简单易组装,数据搜集精确快速。
本发明提供一种开敞空间可燃蒸气云爆炸连锁反应测试系统及方法,用于模拟开敞空间蒸气云爆炸,得到其产生的压力及火焰发展过程,进而研究可燃蒸气云间的连锁传爆效应。该装置由底板,点火装置,配气系统,高速摄像仪,压力传感器,数据采集系统,聚氯乙烯薄膜组成。以气云中心为核心呈放射状在多个地方,多个角度搭建一个三维多点的压力传感器测试阵列。采用压力数据自采集方式采集压力数据。通过供气系统形成一定高度的可燃气云。通过高速摄像仪记录蒸气云爆炸产生的图像。通过点火装置以电火花点火方式点燃蒸气云,形成测试需要的超压。为安全距离及标准的制定提供数据依据。本测试系统及方法能够精确测量蒸气云爆炸产生的压力数据以及火焰发展规律,能够测试蒸气云爆炸连锁反应的相关参数,进而研究蒸气云爆炸连锁反应的致灾机理及保护措施。
附图说明
以下将结合附图对本发明作进一步说明:
图1是一种开敞空间蒸气云爆炸连锁反应测试系统的结构示意图;
图2是一种开敞空间蒸气云爆炸连锁反应测试装置的铝合金底板的俯视图。
图中:1、底板,2、点火装置,3、配气系统,4、高速摄像仪,5、压力传感器,6、数据采集系统,7、聚氯乙烯薄膜。
具体实施方式
参照附图1、2,一种开敞空间蒸气云爆炸连锁反应测试系统包括底板(1)、点火装置(2)、配气系统(3)、高速摄像仪(4)、压力传感器(5)、数据采集系统(6)和聚氯乙烯薄膜(7)。
底板(1)作为实验平台的铝合金底板(1),点火装置(2)与底板(1)连通,并用于引燃可燃蒸气云;配气系统(3)与底板(1)连通,并能按浓度要求配制可燃气-空气预混气体;高速火焰摄像仪(4)通过支架安装在装置一侧,用于记录爆炸时火焰图像;压力传感器(5)安装在底板上,用于记录爆炸时压力数据;数据采集系统(6)实时记录分析数据,并将其传入计算机;聚氯乙烯薄膜(7)用于固定可燃气体以形成开敞空间半球形蒸气云。
所述的底板(1)材质为铝合金。底板上有若干不同尺寸的同心环形凹槽,用于通过橡胶垫圈固定聚乙烯薄膜(7)。其中心有两个M 20*1.5的螺孔,分别为点火装置(2)与供气系统(3)的接口。
所述的点火装置(2)采用电火花点火方式来获得点火能。其点火头通过底板(1)的螺孔固定,能够与可燃气云接触,实现点火。
所述的配气系统(3)由真空泵、配气柜、配气控制柜、可燃气钢瓶、空压机、输气管以及安装在底板(1)上的配气阀组成。可燃气体通过进气管道与配气阀,进入已固定好且排尽空气的聚氯乙烯薄膜(7)内,随着气体不断进入,逐渐形成半球形的可燃蒸气云。
所述的高速摄像仪(4)安装在系统一侧,型号为Phantom V7.3,用于实时监测到可燃蒸气云爆炸及气云连锁爆炸的火焰发展图像。得到的火焰图像数据通过数据采集系统(6)进行采集分析。
所述的压力传感器(5)以气云中心为核心呈放射状在设置在气云周围,用以测得可燃蒸气云爆炸及气云连锁爆炸产生的压力数据,得到的压力数据通过数据采集系统(6)进行采集分析。
所述的数据采集系统(6)实时显示、记录、分析高速火焰摄像仪(4)、压力传感器(5)测量的数据。所述的数据采集系统(6)由计算机(6-1)、计算机显示器(6-2)、数据采集器(6-3)组成。所述的计算机(6-1)采用DELL R1838型计算机。所述的数据采集器(6-3)采用DEWESoft瞬态数据采集器DEWE-43。
所述的聚氯乙烯薄膜(7)厚度为0.05 - 0.08 mm,能通过橡胶垫圈固定在底板(1)上,能够与底板(1)共同形成密闭空间。随着来自配气系统(3)的气体不断进入,形成半球形的可燃蒸气云。
如图1所示,本系统包括:作为实验平台的铝合金底板(1),与底板(1)连通并用于引燃可燃蒸气云的点火装置(2);与底板(1)连通并可以按浓度要求配制可燃气、空气预混气体的配气系统(3);通过支架安装在装置一侧,用于记录爆炸时火焰图像的高速火焰摄像仪(4);安装在底板上,用于记录爆炸时压力数据的压力传感器(5);实时记录分析数据,并将其传入计算机的数据采集系统(6);用于固定可燃气体以形成开敞空间半球形蒸气云的聚氯乙烯薄膜(7)。
如图2所示为整个系统铝合金底板(1),厚度1 cm,上有若干同心环形凹槽,宽3mm,深5mm,直径分别为100、90、80、70、60 cm;两个M 20*1.5的螺孔分别为螺孔一(1-1)、螺孔二(1-2),螺孔一(1-1)在底板中心位置,为点火枪接口。螺孔二(1-2)位于螺孔一(1-1)上方5cm处,为进气阀接口。
一种开敞空间可燃蒸气云爆炸连锁反应测试系统的测试方法,其操作过程如下:首先将聚氯乙烯薄膜(7)通过橡胶垫圈固定在底板(1)上,收缩聚氯乙烯薄膜(7)排尽其中的空气;配气系统(3)配好浓度为5%-15%的可燃气-空气预混气体,然后打开底板上的进气阀,将气体充入装置内,随着聚氯乙烯薄膜(7)不断膨胀,形成半球形蒸汽云后,压力维持在一个大气压,关闭进气阀及配气系统(3);然后使用点火装置(2)引燃可燃气-空气预混气体,通过高速火焰摄像仪(4)与压力传感器(5),得到气云爆炸过程产生的压力及火焰发展图像;最后将压力数据、火焰图像传入数据采集系统(6)进行采集,记录,分析。测试实验在常温常压状态下进行。
在研究单个可燃蒸气云爆炸时,通过设置变量:蒸汽云浓度,蒸气云尺寸和点火能量,研究不同情况下可燃蒸气云爆炸压力及火焰传播发展规律,以确定不同可燃气体的爆炸极限,爆炸强度与蒸气云尺寸和点火能量的关系。
在研究可燃蒸气云爆炸连锁反应时,通过设置变量:起爆蒸气云的尺寸、点火能量,传爆蒸气云尺寸以及蒸气云间距,研究不同情况下可燃蒸气云爆炸连锁反应下,爆炸压力及火焰传播过程,以确定可燃蒸气云爆炸连锁反应下压力发展进程,火焰发展规律,以及不同条件下避免可燃蒸气云爆炸引发连锁反应的安全距离。
本发明提供了一种开敞空间蒸气云爆炸连锁反应测试系统及其测试方法。该测试系统及方法能够方便准确的测量出开敞空间蒸气云爆炸时产生的压力,测得火焰发展过程图像。
本发明提供一种开敞空间可燃蒸气云爆炸连锁反应测试系统及其测试方法,用于模拟开敞空间蒸气云爆炸,得到其产生的压力及火焰发展过程,进而研究可燃蒸气云间的连锁传爆效应。该测试系统底板(1)、点火装置(2)、配气系统(3)、高速摄像仪(4)、压力传感器(5)、数据采集系统(6)和聚氯乙烯薄膜(7)。
以气云中心为核心呈放射状在多个地方,多个角度搭建一个三维多点的压力传感器测试阵列。采用压力数据自采集方式采集压力数据。通过供气系统形成一定高度的可燃气云。通过高速摄像仪记录蒸气云爆炸产生的图像。通过点火装置以电火花点火方式点燃蒸气云,形成测试需要的超压。为安全距离及标准的制定提供数据依据。
Claims (10)
1.一种开敞空间蒸气云爆炸连锁反应测试系统,其特征在于,包括底板、点火装置、配气系统、高速摄像仪、压力传感器、数据采集系统和聚氯乙烯薄膜;
底板作为实验平台的铝合金底板,点火装置与底板连通,并用于引燃可燃蒸气云;配气系统与底板连通,并能按浓度要求配制可燃气、空气预混气体;高速火焰摄像仪通过支架安装在装置一侧,用于记录爆炸时火焰图像;压力传感器安装在底板上,用于记录爆炸时压力数据;数据采集系统实时记录分析数据,并将其传入计算机;聚氯乙烯薄膜用于固定可燃气体,以形成开敞空间半球形蒸气云。
2.根据权利要求1所述的一种开敞空间蒸气云爆炸连锁反应测试系统,其特征在于,所述的底板材质为铝合金,底板上有若干不同尺寸的同心环形凹槽,用于通过橡胶垫圈固定聚乙烯薄膜,其中心有两个螺孔,分别为点火装置与供气系统的接口。
3.根据权利要求1所述的一种开敞空间蒸气云爆炸连锁反应测试系统,其特征在于,所述的点火装置采用电火花点火方式来获得点火能,其点火头通过底板的螺孔固定,能够与可燃气云接触,实现点火。
4.根据权利要求1所述的一种开敞空间蒸气云爆炸连锁反应测试系统,其特征在于,所述的配气系统由真空泵、配气柜、配气控制柜、可燃气钢瓶、空压机、输气管以及安装在底板上的配气阀组成,可燃气体通过进气管道与配气阀,进入已固定好且排尽空气的聚氯乙烯薄膜内,随着气体不断进入,逐渐形成半球形的可燃蒸气云。
5.根据权利要求1所述的一种开敞空间蒸气云爆炸连锁反应测试系统,其特征在于,所述的高速摄像仪安装在系统一侧,用于实时监测到可燃蒸气云爆炸及气云连锁爆炸的火焰发展图像,得到的火焰图像数据通过数据采集系统进行采集分析。
6.根据权利要求1所述的一种开敞空间蒸气云爆炸连锁反应测试系统,其特征在于,所述的压力传感器以气云中心为核心呈放射状在设置在气云周围,用以测得可燃蒸气云爆炸及气云连锁爆炸产生的压力数据,得到的压力数据通过数据采集系统进行采集分析。
7.根据权利要求1所述的一种开敞空间蒸气云爆炸连锁反应测试系统,其特征在于,所述的数据采集系统实时显示、记录、分析高速火焰摄像仪、压力传感器测量的数据;所述的数据采集系统由计算机主机、计算机显示器、瞬态数据采集器DEWE-43组成。
8. 根据权利要求1所述的一种开敞空间蒸气云爆炸连锁反应测试系统,其特征在于,所述的聚氯乙烯薄膜厚度为0.05 mm – 0.08 mm,通过橡胶垫圈固定在底板上,能够与底板共同形成密闭空间,随着来自配气系统的气体不断进入,形成半球形的可燃蒸气云。
9. 权利要求1所述的一种开敞空间可燃蒸气云爆炸连锁反应测试系统的测试方法,其特征在于,步骤如下 :
首先将聚氯乙烯薄膜通过橡胶垫圈固定在底板上,收缩聚氯乙烯薄膜排尽其中的空气;配气系统配好预定浓度为5%-15%的可燃气-空气预混气体,然后打开底板上的进气阀,将气体充入装置内,随着聚氯乙烯薄膜不断膨胀,形成半球形蒸汽云后,压力维持在一个大气压,关闭进气阀及配气系统;然后使用点火装置引燃可燃气-空气预混气体,通过高速火焰摄像仪与压力传感器,得到气云爆炸过程产生的压力及火焰发展图像;最后将压力数据、火焰图像传入数据采集系统进行采集,记录,分析。
10.根据权利要求1所述的一种开敞空间可燃蒸气云爆炸连锁反应测试系统的测试方法,其特征在于,测试实验在常温、常压状态下进行。
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