CN109374679A - 一种混合气体爆炸压力和速度的测量装置 - Google Patents

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徐森
朱辛育
曾祥敏
李玉艳
赵金钢
刘大斌
吴星亮
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    • G—PHYSICS
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Abstract

本发明为一种混合气体爆炸压力和冲击波速度的测量装置，该装置包括：主体反应装置，该主体反应装置包括反应管及其端盖，以及分别连接在主体燃烧装置上用于固定传感器的多个传感器基座；还包括一用于试验过程提供稳定电流的电点火装置，与反应管相连；以及压力测试装置，包括对应设置在传感器基座的高频压力传感器，以及连接高频压力传感器的多通道数据采集仪；为试验提供混合气体进气装置，包括通过气体管道连接电点火装置的真空泵、气源，其中，气体管道上设有真空压力表及控制气体通入的多个球阀。本发明提供的爆炸压力和速度的测量装置相对于现有的测量装置相比测量参数多、使用气体质量少、成本低、试验安全性高。

Description

一种混合气体爆炸压力和速度的测量装置
技术领域
本发明涉及绿色推进剂燃烧爆炸过程中爆炸压力和速度的测量，具体涉及一种混合气体爆炸压力和速度的测量装置。
背景技术
氧化亚氮(N2O)又称笑气，室温下稳定，有轻微麻醉作用，可完全分解为纯净的N2和O2，组分类似于空气，且分解过程释放大量的热量，在航天推进和赛车比赛中受到极大的欢迎。进入21世纪，随着绿色推进理念的提出，N2O因具有安全、无毒、自增压、相容性好等优良特性，可与烃类、氨类等燃料通过特殊工艺复合制备新型氧化亚氮基单元复合推进剂，简称NOFBX，被视为极具发展潜力的新一代绿色推进剂。但在实验中发现N2O与可燃气体易发生燃烧爆炸意外事故，在特定条件下会出现爆燃转爆轰，引发严重爆炸危害，对使用产生不利影响。因此，研究N2O与可燃气体的燃烧和火焰传播及引起的压力变化，可对N2O作为推进剂安全应用提供参考。
国内外对N2O与可燃气体的研究主要集中在惰性气体稀释后的燃烧压力、临界直径、感应距离等，对室温常压下的NOFBX燃烧爆炸特性研究不多，需要开发一种研究NOFBX的燃烧爆炸特性的装置。NOFBX在常温下为气体，国内外学者研究混合气体在管道内燃烧的试验装置大多笨重，测量参数单一，成本高昂。参考相关资料，开发一种设备简单，测量参数多样，成本低廉的装置测量NOFBX在管道中的爆炸压力、冲击波速度、火焰传播，为其安全使用提供参考。
发明内容
本发明目的是提供一种混合气体爆炸压力和速度的测量装置。
实现本发明目的提供技术方案为：
一种混合气体爆炸压力和速度的测量装置，该装置的组成包括：
一主体反应装置，该主体反应装置包括反应管及其端盖，以及分别连接在主体燃烧装置上用于固定传感器的多个传感器基座；
还包括一用于试验过程提供稳定电流的电点火装置，与反应管相连；
以及压力测试装置，包括对应设置在传感器基座的高频压力传感器，以及连接高频压力传感器的多通道数据采集仪；
为试验提供混合气体进气装置，包括通过气体管道连接电点火装置的真空泵、气源，其中，气体管道上设有真空压力表及控制气体通入的多个球阀。
进一步的，电点火装置包括加热电源、电极棒、镍铬合金电阻丝、电极端盖和导线；其中，电极端盖两侧设有电极孔，电极棒贯穿电极孔并延伸至端盖内部，电极棒与镍铬合金电阻丝相连，且电极棒通过导线与加热电源相连。
进一步的，反应管长200cm，内径15mm，壁厚5mm，且该反应管材质为透明的有机玻璃。
进一步的，距反应管一端10cm、40cm、60cm、80cm、100cm、120cm、140cm、160cm处均设有与对应高频压力传感器直径相一致的孔。
进一步的，传感器基座设有与高频压力传感器外螺纹直径一致的螺纹孔，并在其紧邻的另一侧设有用于固定在反应管的螺纹孔。
进一步的，反应管与传感器基座用螺栓连接。
进一步的，传感器基座与高频压力传感器之间用螺纹连接。
进一步的，电极端盖与反应管之间通过螺纹连接。
进一步的，电极孔底部为圆台结构。
进一步的，电极棒顶端部分设有螺纹结构，在电极端盖内侧通过螺母固定，且电极棒底端与绝缘盖接触的部分设有圆台结构。
本发明与现有技术相比，其显著的优点在于：1、本发明专利提供的装置能够测量气体爆炸成长过程的压力、冲击波速度和火焰速度；2、该套装置的操作简便，并且可以远距离进行加热、高速摄影等试验操作，提高了实验的安全性；3、装置结构简单，设备轻便；4、装置的加工与零件的组装难度小，成本较低。
附图说明
图1为一种混合气体爆炸压力和速度的测量装置试验装置简图。
图2为电极棒和点火基座示意图。
图3为传感器和传感器基座示意图。
其中：(1)为真空泵，(2)为气源，(3)、(4)、(6)、(7)均为球阀，(5)为真空压力表，(8)为镍铬合金电阻丝，(9)为加热电源，(10)为多通道数据采集仪，(11)为高频压力传感器，(12)为传感器基座，(13)为端盖，(14)为电极棒，(15)为电极端盖，(16)为反应管。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明专利作进一步详细说明。
本发明提出一种混合气体爆炸压力和速度的测量装置，如附图1、2、3所示。
试验装置的组成部分包括：一主体反应装置，该主体反应装置包括反应管16及其端盖13，以及分别连接在主体燃烧装置上用于固定传感器的多个传感器基座12；
还包括一用于试验过程提供稳定电流的电点火装置，与反应管16相连；
以及压力测试装置，包括对应设置在传感器基座12的高频压力传感器11，以及连接高频压力传感器11的多通道数据采集仪10；
为试验提供混合气体进气装置，具体包括通过气体管道连接电点火装置的真空泵1、气源2，其中，气体管道上设有真空压力表5及控制气体通入的多个球阀。
进气装置包括真空泵1，真空压力表5，球阀3、4、6、7和气体管道。其中三通管两端分别经过球阀后连接真空泵和气源，第三端接入真空表后经过球阀连接电极端盖，管件间采用螺纹连接。
主体反应装置包括一个长2m、内径15mm、壁厚5mm、容积约0.353L的透明有机玻璃反应管和一个对应尺寸的端盖。其中，反应管两端有螺纹，用于端盖密封；反应管10cm、40cm、60cm、80cm、100cm、120cm、140cm、160cm处设有与压力传感器探头相同大小的孔洞；传感器基座为两个带螺纹孔、中空的“凸”字形铝合金块体，中部用于固定传感器的螺纹孔，开螺纹孔的边侧设有可固定基座的螺纹孔，传感器基座与反应管之间用螺栓连接。传感器插入螺纹孔，并使探头与反应管内壁平齐，然后通过传感器外壳自带螺纹与基座连接并密封。
点火装置包括电极棒14、电极封盖15、电阻丝8、加热电源9和导线。电极封盖侧部位置设有两个电极孔，电极孔靠近底部的位置具有圆台结构，电极棒14从绝缘盖内侧贯穿后一端延伸到点火封盖内部，另一端裸露在绝缘盖外侧通过导线与加热电源相连接。电极棒5为铜制材料，一端具有螺纹结构，使用螺母将其从封盖内侧固定；另一端存在圆台结构，其大小与绝缘盖下方的圆台孔洞一致。在点火封盖内镍铬合金电阻丝连接在两个电极棒。
压力测试装置包括高频压力传感器10，多通道数据采集仪11和数据传输线。
对于本发明的试验装置，对装置的进气方式和加热条件调整后进行了测试，试验主要步骤为：1、打开球阀3、6、7，关闭球阀5，使用真空泵1将反应管抽真空，根据真空压力表确定抽真空终点，然后关闭球阀3，打开球阀4，利用反应管与气源之间的压力差将气体充入反应管，待到达常压后关闭球阀，重复以上操作三次，确保反应管中的气体为试验气体；2、将端盖拧开，用薄纸片替代端盖防止气体扩散，同时达到泄压的目的；3、打开多通道数据采集仪，设置传感器参数，当10cm处传感器触发后，多通道数据采集仪采集数据；4、使用恒流电源进行加热，待气体爆炸后关闭电源；5、根据多通道数据采集仪采集的各传感器触发时间爆炸速度。

Claims (10)

1.一种混合气体爆炸压力和速度的测量装置，其特征在于，所述的装置的组成包括：
一主体反应装置，该主体反应装置包括反应管(16)及其端盖(13)，以及分别连接在主体燃烧装置上用于固定传感器的多个传感器基座(12)；
还包括一用于试验过程提供稳定电流的电点火装置，与反应管(16)相连；
以及压力测试装置，包括对应设置在传感器基座(12)的高频压力传感器(11)，以及连接高频压力传感器(11)的多通道数据采集仪(10)；
为试验提供混合气体进气装置，包括通过气体管道连接电点火装置的真空泵(1)、气源(2)，其中，气体管道上设有真空压力表(5)及控制气体通入的多个球阀。
2.根据权利要求1所述的混合气体爆炸压力和速度的测量装置，其特征在于，所述的电点火装置包括加热电源(9)、电极棒(14)、镍铬合金电阻丝(8)、电极端盖(15)和导线；其中，所述的电极端盖(15)两侧设有电极孔，电极棒(14)贯穿电极孔并延伸至端盖内部，电极棒(14)与镍铬合金电阻丝相连，且电极棒(14)通过导线与加热电源(9)相连。
3.根据权利要求1所述的混合气体爆炸压力和速度的测量装置，其特征在于，所述的反应管(16)长200cm，内径15mm，壁厚5mm，且该反应管(16)材质为透明的有机玻璃。
4.根据权利要求3所述的混合气体爆炸压力和速度的测量装置，其特征在于，距反应管(16)一端10cm、40cm、60cm、80cm、100cm、120cm、140cm、160cm处均设有与对应高频压力传感器(11)直径相一致的孔。
5.根据权利要求1所述的混合气体爆炸压力和速度的测量装置，其特征在于，所述的传感器基座(12)设有与高频压力传感器(11)外螺纹直径一致的螺纹孔，并在其紧邻的另一侧设有用于固定在反应管的螺纹孔。
6.根据权利要求1所述的混合气体爆炸压力和速度的测量装置，其特征在于，所述的反应管(16)与传感器基座(12)用螺栓连接。
7.根据权利要求1所述的混合气体爆炸压力和速度的测量装置，其特征在于，所述的传感器基座(12)与高频压力传感器(11)之间用螺纹连接。
8.根据权利要求1所述的混合气体爆炸压力和速度的测量装置，其特征在于，所述的电极端盖(15)与反应管之间通过螺纹连接。
9.根据权利要求2所述的混合气体爆炸压力和速度的测量装置，其特征在于，所述的电极孔底部为圆台结构。
10.根据权利要求1所述的混合气体爆炸压力和速度的测量装置，其特征在于，所述的电极棒(14)顶端部分设有螺纹结构，在电极端盖(15)内侧通过螺母固定，且电极棒(14)底端与绝缘盖接触的部分设有圆台结构。
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