CN112213463A - 一种实现瓦斯/空气预混气体爆燃实验中金属铜网多孔结构消波吸能的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种实现瓦斯/空气预混气体爆燃实验中金属铜网多孔结构消波吸能的装置。它包括爆炸激波管、罐外预混气体供给系统、压力信号采集系统、火焰信号采集系统、东华数据采集系统、高压点火系统和同步控制系统；其中，爆炸激波管包括首尾相连的多个实验管道和1个可视化观察窗实验段管道；爆炸激波管的末端设置金属铜网多孔结构；同步控制系统用于对火焰信号采集系统、压力信号采集系统、东华数据采集系统和高压点火系统进行同步控制。本发明瓦斯/空气预混气体爆燃实验中放置金属铜网多孔结构消波吸能的装置，减少人员伤亡和财产损失。
Description
技术领域
本发明涉及一种实现瓦斯/空气预混气体爆燃实验中金属铜网多孔结构消波吸能的装置，属于安全科学与技术领域。
背景技术
在煤矿开采过程中，瓦斯是一种从煤岩中涌出的气体，主要成分为甲烷，当瓦斯聚集到一定的浓度时，遇到点火源就会爆炸，造成煤矿事故，对矿井地下人员和设备造成巨大的伤害和损坏。目前，新型能源的开发越来越受到重视，但煤炭依然占有很大的比例，占一次能源生产和消费结构的70％～75％。虽然煤炭机械化程度越来越高，采用大型综合设备开采，但随着开采深度的增加，高瓦斯矿井的增多，瓦斯爆炸事故依旧很突出，一直为煤矿安全领域内亟需研究的前沿问题。
瓦斯/空气预混气体爆燃时，预混气体瞬间转化为高温、高压的爆炸产物并且迅速膨胀，致使压力和密度降低，形成稀疏波，而爆炸产物的迅速膨胀，进而压缩巷道中的空气形成爆炸冲击波。爆炸冲击波形成后，与爆炸产物分离，独立在空气中传播，在遇到巷道中的障碍物时与壁面发生碰撞产生反射、透射和绕射现象。由于瓦斯/空气预混气体爆燃中的反射现象是一个复杂的过程，因此不分析多次的反射过程，只分析初始冲击波和首次反射的破坏性。如果冲击波与一个光滑的刚性平面发生碰撞，会在平面上反射全部能力，同时反射波的超压成倍数增加，为入射波超压的2～8倍。同时，由于煤矿巷道为密闭空间，冲击波在巷道中的传播与露天传播有着显著的区别，处于巷道密闭空间中时，冲击波的衰减速率更慢、传播距离也将更长。目前，已有研究表明，冲击波在经过固壁反射后，反射波的超压呈倍数增加，是矿井瓦斯爆炸事故中加重人员伤亡和财产损失的重要原因。故研究一种装置达到消波吸能的作用将对抑制瓦斯爆炸事故的进一步扩大具有重要的工程应用价值。
通过查阅文献可知，学者对冲击波的研究较多，大多数通过数值模拟和模型试验的方式进行，均取得了显著的成果。其中，模型试验通过搭建实验平台的方式，借助压力、火焰速度测试系统获得瓦斯/空气预混气体爆燃流场中多个单一的点源信息，从理论分析的角度进行宏观分析压力峰值和火焰速度在巷道内的变化趋势以此获得瓦斯/空气预混气体爆燃过程中激波的演化过程及火焰的微观结构。但这些研究主要集中在爆炸所产生的冲击波的破坏方面，对于冲击波撞击壁面形成的反射波对人员的伤害和设备的破坏研究较少。而经研究发现，冲击波在经过固壁反射后，反射波的超压呈倍数增加反射波比入射波的伤害要大，破坏作用也比入射波要强，因此需要加强对反射波及消波吸能的研究。
发明内容
本发明的目的是提供一种实现瓦斯/空气预混气体爆燃实验中金属铜网多孔结构消波吸能的装置，本发明瓦斯/空气预混气体爆燃实验中放置金属铜网多孔结构消波吸能的装置，减少人员伤亡和财产损失。
本发明提供的一种实现瓦斯/空气预混气体爆燃实验中金属铜网多孔结构消波吸能的装置，包括爆炸激波管、罐外预混气体供给系统、压力信号采集系统、火焰信号采集系统、东华数据采集系统、高压点火系统和同步控制系统；
所述爆炸激波管包括首尾相连的多个实验管道和1个可视化观察窗实验段管道；所述爆炸激波管的末端设置金属铜网多孔结构；
所述罐外预混气体供给系统与所述爆炸激波管内部连通，用于根据实验要求产生预设当量比的预混气体并输入所述爆炸激波管内；
所述压力信号采集系统和火焰信号采集系统布置在每段所述实验管道的侧壁上，用于对所述爆炸激波管内全程的压力和火焰传播速度的规律进行测量，测量结果经所述数据采集系统发送到所述同步控制系统；
所述东华数据采集系统与所述压力信号采集系统和火焰信号采集系统连接，用于对所述爆炸激波管内全程数据采集和DHDAS动态信号采集分析；
所述高压点火系统与所述激波管端部连接，用于对所述激波管内的预混气体进行点火；
所述同步控制系统用于对所述火焰信号采集系统、压力信号采集系统、东华数据采集系统和高压点火系统进行同步控制。
上述的装置中，所述爆炸激波管由首尾相连的多节实验管道、1节可视化观察窗实验段管道和3节首尾相连的外增管相连接构成；所述爆炸激波管的末端的外增管壁面设置金属铜网多孔结构；
所述罐外预混气体供给系统包括预混罐系统、抽真空系统和控制柜系统；所述预混罐系统包括预混罐、甲烷气瓶和空压机，所述抽真空系统包括两个相连的真空泵，所述控制柜系统包括相连接的第一控制柜和第二控制柜；所述预混罐通过所述第一控制柜控制的供气管路与所述甲烷气瓶、所述空压机和所述真空泵相连，以将所述预混罐中预混气体通过所述供气管路输入与之相连的所述爆炸激波管；所述真空泵还与所述爆炸激波管连接；所述第二控制柜与所述爆炸激波管上的3个进气端口连接；
所述压力信号采集系统包括多个压电式压力传感器；各所述压电式压力传感器布置在所述首尾相连的多个实验管道上，通过数据线将采集到的压力信号输送到所述东华数据采集系统；
所述火焰信号采集系统包括依次连接的光纤、光纤传感器、光电集成器和数据采集系统，设置在所述首尾相连的多节实验管道上，将光信号转换为电信号，并将电信号输送到所述东华数据采集系统；具体过程如下：通过瓦斯/空气预混气体爆燃参数的火焰光到达所述光纤传感器座部位时，光信号则从所述光纤传感器座的空隙中传入所述光纤中，再通过所述光纤导入所述光纤传感器中光电二极管(GT101)中，光的变化引起所述光电二极管(GT101)电流变化，通过所述光电集成器这就可以把光信号转换成电信号；电信号输入所述数据采集系统，再根据采集的不同位置的所述光纤传感器火焰电压信号出现的时间，计算产生的时间差，再用布置所述光纤传感器时记录的相应所述光纤传感器之间的距离与时间差相除，得到相应的火焰传播速度；
所述东华数据采集系统包括16通道的数据采集卡和DHDAS动态信号采集分析系统；
所述高压点火系统包括电容和二极管组成，设置于所述首尾相连的多个实验管道的最前端，所述电容的正极和所述二极管负极与220V电源连接，所述电容的负极和所述二极管的正极与地线连接，所述电容的正极作为所述高压点火系统的高压正极，地线与所述同步控制系统输出的低压正极产生放电，由低压正极和地线产生放电，击穿高压正极和地线间的空气介质，完成瓦斯/空气预混气体点火；
所述同步控制系统包括函数信号发生器、时间延时器、固态继电器组成，所述函数信号发生器的输出端口与所述时间延时器的输入端口相连，所述时间延时器的各输出端口分别与所述火焰信号采集系统、所述压力信号采集系统、所述东华数据采集系统和所述固体继电器相连，所述固体继电器的输出端口与所述高压点火系统相连。
本发明中，“所述爆炸激波管的末端设置金属铜网多孔结构”和“爆炸激波管的末端”中的“末端”位置指的是装置使用时瓦斯/空气预混气体爆燃通过此段时最后经过的位置；
“所述高压点火系统包括电容和二极管组成，设置于所述首尾相连的多个实验管道的最前端”中“最前端”位置指的是装置使用时瓦斯/空气预混气体爆燃通过此段时先经过的位置。
上述的装置中，所述多个实验管道均为冷拔管道，截面形状均可为方形，因为方形截面管道的同轴度容易保证，截面面积具体可为200mm×200mm，每段长度具体为2500mm；
所述实验管道的数量具体可为14节，便于长度调节；
在每节所述实验管道上的同一位置的2个侧面和顶面分别开有两个孔座，以布置压力传感器或火焰传感器；
所述观察窗实验段管道设置K9有机玻璃，用于观察火焰变化形态；所述观察窗实验段管道长度具体可为1000mm；
所述外增管为圆形钢管，所述外增管横截面的直径具体可为300mm，每节长度可为1200mm；
所述爆炸激波管中各管道首尾相连均采用法兰盘连接，总长具体可为38600mm。
上述的装置中，所述预混罐通过球阀和高压气泵线与所述第一控制柜相连。
2个所述真空泵为一级泵旋片泵和二级泵罗茨泵；所述一级旋片泵和所述二级罗茨泵通过高压气泵线与所述激波管内部相连通，所述一级旋片泵和所述二级罗茨泵的控制端与所述第一控制柜和第二控制柜相连，用于根据所述第一控制柜和第二控制柜的控制信号对所述激波管抽真空和充配气；
所述第一控制柜的输出端口分别与所述空压机、所述甲烷气瓶以及第二控制柜相连，用于按照分压定律将甲烷和空气分别按照预定的体积百分数充入所述预混罐中。
上述的装置中，所述压电式压力传感器的数量可为8～16个；
各所述压电式压力传感器等距离的布置在所述首尾相连的多个实验管道上。
上述的装置中，所述DHDAS动态信号采集分析系统软件能单独设置不同参数，与所述压力信号采集系统和所述火焰信号采集系统相连。
本发明还提供了上述的装置实现瓦斯/空气预混气体爆燃实验中金属铜网多孔结构消波吸能的方法，包括如下步骤：
1)搭建上述实现瓦斯/空气预混气体爆燃实验中金属铜网多孔结构消波吸能的装置；
2)所述罐外预混气体供给系统向所述爆炸激波管中输入预混气体；然后通过所述高压点火系统进行点火；采用所述火焰信号采集系统和所述压力信号采集系统对所述爆炸激波管中的全程的压力和火焰传播速度进行测量，得到测量数据；
3)将所述测量数据输送到所述东华数据采集系统；通过数据分析得到实现瓦斯/空气预混气体爆燃实验中金属铜网多孔结构消波吸能。
上述方法中，具体可通过测量爆炸激波管末端未放置金属铜网多孔结构的数据、上述实现瓦斯/空气预混气体爆燃实验中金属铜网多孔结构消波吸能的装置中爆炸激波管末端放置长度100mm的金属铜网多孔结构的数据、上述实现瓦斯/空气预混气体爆燃实验中金属铜网多孔结构消波吸能的装置中爆炸激波管末端放置长度350mm的金属铜网多孔结构的3组数据分别进行比较、分析，以证明本发明实现瓦斯/空气预混气体爆燃实验中金属铜网多孔结构消波吸能。
本发明具有以下优点：
本发明重点解决煤矿井下时常发生的瓦斯/空气预混气体爆燃事故，但先利用现有实验室的爆炸激波管道进行试验，将金属铜网粘贴布置在瓦斯/空气预混气体爆燃实验系统中。爆炸激波管为密闭空间，末端为钢性固壁，当爆炸冲击波撞击到钢性固壁时会产生反射波，且反射波的超压呈倍数增加，为冲击波超压的几倍：弱爆炸时,瓦斯和瓦斯煤尘爆炸的反射压力是峰值超压的1.8～2.0倍，而且瓦斯煤尘爆炸的最大超压明显高于瓦斯爆炸,反射压力的强度也远大于瓦斯爆炸，更具破坏性。强爆炸时瓦斯和瓦斯煤尘爆炸的反射压力是峰值超压的8～21倍。反射波的存在进一步加重了矿井地下人员伤亡和设备财产的损坏。因此为了抑制瓦斯爆炸事故的进一步扩大，减少人员伤亡和财产损失。通过在爆炸激波管末端合理设计粘贴金属铜网多孔结构达到消波吸能的作用，后将金属铜网粘贴布置在煤矿井下的巷道壁面，发挥消波吸能的作用，抑制并减少煤矿井下时常发生的瓦斯/空气预混气体爆燃事故。对于煤矿瓦斯爆炸事故中减少人员伤亡和财产损失具有重要的工程应用价值。
附图说明
图1是本发明中瓦斯/空气预混气体爆燃实验测试系统中金属铜网多孔结构消波吸能装置的结构示意图。
图2是本发明中瓦斯/空气预混气体爆燃实验测试系统中火焰信号采集系统的结构示意图。
图3是本发明中瓦斯/空气预混气体爆燃实验测试系统中爆炸激波管末端未放置金属铜网多孔结构。
图4是本发明中瓦斯/空气预混气体爆燃实验测试系统中爆炸激波管末端放置长度100mm的金属铜网多孔结构。
图5是本发明中瓦斯/空气预混气体爆燃实验测试系统中爆炸激波管末端放置长度350mm的金属铜网多孔结构。
图6是本发明中瓦斯/空气预混气体爆燃实验测试系统中爆炸激波管压力传感器和火焰传感器布置示意图。
图7是本发明实施例2中超压衰减率趋势图。
图中各个标记如下：
1爆炸激波管；2罐外预混气体供给系统；211预混罐；212甲烷气瓶；213空压机；221真空泵；231第一控控制柜；232第二控制柜；3压力信号采集系统；4火焰信号采集系统；41光纤传感器座；42光纤；43光电二极管；44电源；45电阻；46示波器；5东华数据采集系统；6高压点火系统；71函数信号发生器；72时间延时器；73固态继电器；8外增管；9计算机。
具体实施方式
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。
下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
实施例1、
为了进一步地获得爆炸激波管内瓦斯/空气预混气体爆燃实验中，爆炸冲击波撞击末端钢性固壁产生反射波的过程中，由于金属铜网多孔结构装置的存在达到消波吸能，为如何减少矿井地下人员伤亡和财产损失提供新的思路。
如图1所示，本发明提出的一种在激波管内瓦斯/空气预混气体爆燃过程中合理放置金属铜网多孔结构以达到消波吸能的装置，其中包括爆炸激波管1、罐外预混气体供给系统2、压力信号采集系统3、火焰信号采集系统4、东华数据采集系统5、高压点火系统6和同步控制系统。
爆炸激波管1由14节首尾相连的实验管道、1节观察窗实验段和3节首尾相连的外增管相连接构成。其中，爆炸激波管1中的14节实验管道为冷拔管道，截面形状为200mm×200mm的方形管道，每段长度为2500mm，每节实验管道同一位置的测面和顶面开有两个孔座，共留有3组孔座(6个孔座)，按照实验需求布置压力传感器或火焰传感器；观察窗实验段长度为1000mm，可安置K9有机玻璃，用于观察火焰变化形态；3节外增管为直径
的圆形钢管，每节长度为1200mm，整个爆炸激波管管道首尾相连均采用法兰盘连接，总长为38600mm。
罐外预混气体供给系统2与爆炸激波管1相连接，通过两个控制柜控制的供气管路输入爆炸激波管1中所需浓度的预混气体。其中，罐外预混供给系统2包括预混罐系统、抽真空系统和控制柜系统。预混罐系统中预混罐211通过第一控制柜231控制的供气管路与甲烷气瓶212、空压机213和真空泵221相连；抽真空系统包括两个真空泵221，具体为一级泵旋片泵和二级泵罗茨泵，其中，旋片泵的抽气速度为90m3/h，极限真空度为0.7Pa，罗茨泵的抽气速度为500m3/h，极限真空度为0.4Pa。当对爆炸激波管1或预混罐211(初始压力一般低于或等于101.325kPa)抽真空时，抽真空系统首先启动一级泵旋片泵，抽致压力降低到100pa时，一级泵旋片泵停止，二级泵罗茨泵同时启动继续对管道抽真空。同时，真空泵221通过抽真空管道分别与爆炸激波管1和预混罐211连接，对爆炸激波管1抽真空的目的是输送提前预混好的瓦斯/空气预混气体，对预混罐211抽真空的目的是按照道尔顿分压定律配置实验所需浓度的瓦斯/空气预混气体，配置好的预混气体需要静置6～8小时，以达到充分混合；控制柜系统包括第一控制柜231和第二控制柜232，其中第一控制柜231的输入端与空压机213和甲烷气瓶212相连，输出端和预混罐211相连，用于按照道尔顿分压定律配置实验所需浓度的瓦斯/空气预混气体。当配置好所需浓度的瓦斯/空气预混气体，第一控制柜231的输入端和预混罐211相连，输出端和第二控制柜232相连；第二控制柜232的输入端与第一控制柜231相连，输出端与爆炸激波管1上的3个进气端口连接，输入初始压力为101.325kpa的瓦斯/空气预混气体。
压力信号采集系统3具体包括8个压电式压力传感器，各压电式压力传感器等距离的布置在爆炸激波管1的实验管道上，通过数据线将采集到的压力信号输送到东华数据采集系统5。其中压力传感器选用美国PCB公司的压力传感器，该传感器型号为M111A22，主要参数为：灵敏度为0.145mv/kpa，最大量程6.9MPa，线性满足≤1％FS，谐振频率≥500KHz，上升时间≤1μs，工作温度为73℃-135℃。
如图2所示，为本发明中瓦斯/空气预混气体爆燃实验测试系统中火焰信号采集系统4的结构示意图，每一传感器座41均通过一光纤42连接一光电二极管43的输入端，光电二极管43用于将光信号转换为电信号，每一光电二极管43的输出端分别并联连接一电源44和一电阻45的一端，每一电源44和电阻45的另一端分别连接示波器46和东华数据采集系统5，东华数据采集系统5还连接同步控制系统。此为自主设计的采集系统，设置在所述首尾相连的多节实验管道上。火焰信号采集的基本思想是：将光信号转换为电信号，并将电信号输送到东华数据采集系统5；具体过程如下：通过瓦斯/空气预混气体爆燃参数的火焰光到达光纤传感器座41部位时，光信号则从光纤传感器座41的空隙中传入光纤42中，再通过光纤42导入光纤传感器中光电二极管43(GT101)中，光的变化引起光电二极管43(GT101)电流变化，通过光电二极管43这就可以把光信号转换成电信号；电信号输入数据采集系统，再根据采集的不同位置的光纤传感器火焰电压信号出现的时间，计算产生的时间差，再用布置光纤传感器时记录的相应光纤传感器之间的距离与时间差相除，得到相应的火焰传播速度。
东华数据采集系统5配置16通道的数据采集卡(采样频率为1MHz)和DHDAS动态信号采集分析系统，DHDAS动态信号采集分析系统软件提供了便于操作的中文界面，可单独设置不同参数，例如：触发电平、数据采集和输入模式等，同时在操作界面可完成对数据曲线的直接读数等。
高压点火系统6使用220V电压击穿部分空气形成电弧诱导5000V高电压放电的原理，包括电容和二极管，电容的正极和二极管负极与220V电源连接，电容的负极和二极管的正极与地线连接，电容的正极作为高压点火系统的高压正极，达到所需电压后触发放电开关使电路接通，地线与同步控制系统输出的低压正极产生放电，由低压正极和地线产生放电，击穿高压正极和地线间的空气介质，完成瓦斯/空气预混气体点火。
同步控制系统涉及到高压点火系统6、压力数据采集系统3、火焰数据采集系统4和东华数据采集系统5。由于数据测量的时间尺度非常小，可达到微妙量级，人体的反映时间远远不够，因此需要达到瞬态的同步时间控制。同步控制系统包括：函数信号发生器71、时间延时器72、固态继电器73组成。基本原理为：由函数信号发生器71的输出端口给出标准TTL信号进入时间延时器72的输入端口，时间延时器72输出的信号一路与压力信号采集系统3、火焰信号采集系统4和东华数据采集系统5连接并开始数据的采集，另一路与固体继电器73相连，固体继电器73的出口端与高压点火系统6相连用于完成瓦斯/空气预混气体的点火。
基于上述瓦斯/空气预混气体爆燃实验系统中对各组成部分的介绍，本发明设计了一种在爆炸激波管末端合理设计粘贴金属铜网多孔结构以达到消波吸能的装置，为实际煤矿生产中，发生瓦斯爆炸事故减少矿井地下人员伤亡和财产损失提供新的方法，其包括以下步骤：
1)激波管末端放置金属铜网；
根据文献可知，金属铜网属于多孔材料，当粘贴在爆炸激波管末端时，金属铜网把末端密闭空腔分割为若干个细小的单元格。目前的研究理论认为多孔材料在爆炸过程中达到消波吸能的理论有二种，一种为热理论，也即冷壁效应，当火焰经过多孔材料时，由于密闭腔室被多孔材料被分割为若干细小单元，多孔结构具有很高的比表面积极大的提高了吸热性能，大量的热量被吸收，使火焰温度降低到一定程度，最终导致火焰熄灭，从而达到消波吸能。另一种理论为连锁反应理论，也即器壁效应，该理论认为气体的爆燃过程并不是气体分子间直接作用的结果，而是受到外来能量，例如：热能、辐射等能量的激发，使气体分子之间的分子键受到破坏产生大量的活性自由基促使气体爆炸过程稳定进行，当火焰经过多孔材料时，由于多孔材料具有很高的比表面积且互相重叠但又层层相同，反应过程中产生的活性自由基大量与多孔材料的壁面发生碰撞而销毁，真正参与反应的活性自由基减少，导致火焰熄灭，从而达到消波吸能。更多的学者认为多孔材料在抑制火焰的传播，降低冲击波超压的过程中，这两种理论应该为同时进行的，从而达到消波吸能的作用。
本发明中为了使金属铜网多孔材料能更好的达到消波吸能的作用，同时为了避免金属铜网因孔太小，金属铜网的强度过低，造成冲击波对金属铜网的撕裂和毁坏。故本发明选用80目的金属铜网，既保证一定比表面积又能保证一定的强度。同时已有研究表明多孔材料的填充密度和留空率对于火焰传播和抑制压力的大小具有重要影响。因此在爆炸激波管末端粘贴金属铜网时，既要保证金属铜网的填充密度又要避免因填充密闭过大造成留空率过小，故本发明将金属铜网全部分割为100mm×100mm的方形，并将金属铜网折叠为10mm×10mm的正方形小块，中间采用螺栓固定，将折叠好的金属铜网小块装入由金属铜网制作的直径为
的圆柱体中并粘贴到爆炸激波管末端连接的外增管中，以此保证金属铜网填充密度和留空率，以发挥金属铜网最高效的消波吸能的作用。
2)罐外配置瓦斯/空气预混气体，静置6～8小时备用；
3)采用正压检漏的方式，检查爆炸激波管的气密性，并对爆炸激波管抽真空；
4)利用控制柜控制进入爆炸激波管中的9.5％的瓦斯/空气预混气体，初始压力为101.325kpa；
5)采用火焰信号采集系统和压力信号采集系统对激波管1中的全程的压力和火焰传播速度进行测量，并输送到东华数据采集系统；
6)实验数据分析。
实施例2、
在本发明中主要研究在爆炸激波管末端放置金属铜网多孔材料对瓦斯/空气预混气体爆燃实验的消波吸能作用，因此，按照本发明实施例1中装置的设置，本实验设置了3组：①浓度为9.5％的瓦斯/空气预混气体，爆炸激波管末端无金属铜网多孔材料，如图3所示；②浓度为9.5％的瓦斯/空气预混气体，爆炸激波管末端粘贴放置长度为100mm的金属铜网圆柱体，如图4所示；③浓度为9.5％的瓦斯/空气预混气体，爆炸激波管末端粘贴放置长度为350mm的金属铜网圆柱体，如图5所示，以上3种工况各重复做3组，以保证实验数据的准确性。
为了研究在爆炸激波管末端放置金属铜网多孔材料对瓦斯/空气预混气体爆燃实验的消波吸能作用，按图6在同一位置的测量和顶面分别布置8组压力传感器和火焰传感器，各传感器距点火端的距离见表1。
表1爆炸激波管上传感器布置
本实例对瓦斯/空气预混气体爆燃实验中金属铜网多孔材料的消波吸能作用实验的3种工况各重复做3组，3组的平均测试实验数据如下：
表2无金属铜网多孔材料时压力传感器数据
表3无金属铜网多孔材料时火焰传感器数据
表4 100mm的金属铜网圆柱体时压力传感器数据
表5 100mm的金属铜网圆柱体时火焰传感器数据
表6 350mm的金属铜网圆柱体时压力传感器数据
表7 350mm的金属铜网圆柱体时火焰传感器数据
将爆炸激波管末端未放置金属铜网多孔结构的数据、爆炸激波管末端放置长度100mm的金属铜网多孔结构的数据与爆炸激波管末端放置长度350mm的金属铜网多孔结构的数据(表2-表7)分别进行对比、分析，结果如下：
表8压力传感器数据平均值
表9衰减率
如图7所示，由超压衰减率趋势实验结果，由表8-9和图7可知，在瓦斯/空气预混气体爆燃实验中金属铜网多孔结构装置能够发挥消波吸能的作用。
Claims (7)
1.一种实现瓦斯/空气预混气体爆燃实验中金属铜网多孔结构消波吸能的装置，其特征在于：该装置包括爆炸激波管、罐外预混气体供给系统、压力信号采集系统、火焰信号采集系统、东华数据采集系统、高压点火系统和同步控制系统；
所述爆炸激波管包括首尾相连的多个实验管道和1个可视化观察窗实验段管道；所述爆炸激波管的末端设置金属铜网多孔结构；
所述罐外预混气体供给系统与所述爆炸激波管内部连通，用于根据实验要求产生预设当量比的预混气体并输入所述爆炸激波管内；
所述压力信号采集系统和火焰信号采集系统布置在每段所述实验管道的侧壁上，用于对所述爆炸激波管内全程的压力和火焰传播速度的规律进行测量，测量结果经所述数据采集系统发送到所述同步控制系统；
所述东华数据采集系统与所述压力信号采集系统和火焰信号采集系统连接，用于对所述爆炸激波管内全程数据采集和DHDAS动态信号采集分析；
所述高压点火系统与所述激波管端部连接，用于对所述激波管内的预混气体进行点火；
所述同步控制系统用于对所述火焰信号采集系统、压力信号采集系统、东华数据采集系统和高压点火系统进行同步控制。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：该装置中，所述爆炸激波管依次由首尾相连的多节实验管道、1节可视化观察窗实验段管道和3节首尾相连的外增管相连接构成；所述爆炸激波管的末端的外增管壁面设置金属铜网多孔结构；
所述罐外预混气体供给系统包括预混罐系统、抽真空系统和控制柜系统；所述预混罐系统包括预混罐、甲烷气瓶和空压机，所述抽真空系统包括两个相连的真空泵，所述控制柜系统包括相连接的第一控制柜和第二控制柜；所述预混罐通过所述第一控制柜控制的供气管路与所述甲烷气瓶、所述空压机和所述真空泵相连，以将所述预混罐中预混气体通过所述供气管路输入与之相连的所述爆炸激波管；所述真空泵还与所述爆炸激波管连接；所述第二控制柜与所述爆炸激波管上的3个进气端口连接；
所述压力信号采集系统包括多个压电式压力传感器；各所述压电式压力传感器布置在所述首尾相连的多个实验管道上，通过数据线将采集到的压力信号输送到所述东华数据采集系统；
所述火焰信号采集系统包括依次连接的光纤、光纤传感器、光电集成器和数据采集系统，设置在所述首尾相连的多节实验管道上，将光信号转换为电信号，并将电信号输送到所述东华数据采集系统；
所述东华数据采集系统包括16通道的数据采集卡和DHDAS动态信号采集分析系统；
所述高压点火系统包括电容和二极管组成，设置于所述首尾相连的多个实验管道的最前端，所述电容的正极和所述二极管负极与220V电源连接，所述电容的负极和所述二极管的正极与地线连接，完成瓦斯/空气预混气体点火；
所述同步控制系统包括函数信号发生器、时间延时器、固态继电器组成，所述函数信号发生器的输出端口与所述时间延时器的输入端口相连，所述时间延时器的各输出端口分别与所述火焰信号采集系统、所述压力信号采集系统、所述东华数据采集系统和所述固体继电器相连，所述固体继电器的输出端口与所述高压点火系统相连。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于：所述多个实验管道均为冷拔管道，截面形状均为方形；
所述实验管道的数量为14节；
在每节所述实验管道上的同一位置的2个侧面和顶面分别开有两个孔座，以布置压力传感器或火焰传感器；
观察窗实验段设置K9有机玻璃；
所述外增管为圆形钢管；
所述爆炸激波管中各管道首尾相连均采用法兰盘连接。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的装置，其特征在于：所述预混罐通过球阀和高压气泵线与所述第一控制柜相连；
2个所述真空泵为一级泵旋片泵和二级泵罗茨泵；所述一级旋片泵和所述二级罗茨泵通过高压气泵线与所述激波管内部相连通，所述一级旋片泵和所述二级罗茨泵的控制端与所述第一控制柜和第二控制柜相连，用于根据所述第一控制柜和第二控制柜的控制信号对所述激波管抽真空和充配气；
所述第一控制柜的输出端口分别与所述空压机、所述甲烷气瓶以及第二控制柜相连，用于按照分压定律将甲烷和空气分别按照预定的体积百分数充入所述预混罐中。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的装置，其特征在于：所述压电式压力传感器的数量为8～16个；
各所述压电式压力传感器等距离的布置在所述首尾相连的多个实验管道上。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的装置，其特征在于：所述DHDAS动态信号采集分析系统软件能单独设置不同参数，与所述压力信号采集系统和所述火焰信号采集系统相连。
7.一种权利要求1-6中任一项所述的装置实现瓦斯/空气预混气体爆燃实验中金属铜网多孔结构消波吸能的方法，包括如下步骤：
1)搭建权利要求1-6中任一项所述实现瓦斯/空气预混气体爆燃实验中金属铜网多孔结构消波吸能的装置
2)所述罐外预混气体供给系统向所述爆炸激波管中输入预混气体；然后通过所述高压点火系统进行点火；所述同步控制系统控制采用所述火焰信号采集系统和所述压力信号采集系统对所述爆炸激波管中的全程的压力和火焰传播速度进行测量，得到测量数据；
3)将所述测量数据输送到所述东华数据采集系统；通过数据分析得到实现瓦斯/空气预混气体爆燃实验中金属铜网多孔结构消波吸能。
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