CN113866218A - 多相介质抑制非均匀浓度气体爆炸实验装置与实验方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了多相介质抑制非均匀浓度气体爆炸实验装置与实验方法，包括主体实验通道、快速抽拉装置、配气系统、抑制系统、点火系统、数据采集系统与控制系统；快速抽拉装置包括挡板和抽拉驱动装置，抽拉驱动装置用于带动挡板运动以实现对主体实验通道内部空间的分隔或导通；配气系统用于向主体实验通道配置实验用可燃气体；抑制系统用于向主体实验通道施加抑制介质。本发明可开展不同点火位置、不同浓度梯度组合等条件下的狭长通道内的气体爆炸实验，以及狭长通道内单一或多相介质对非均匀浓度气体爆炸的复合抑制实验，为狭长通道内非均匀浓度可燃气体爆炸行为及抑制技术的研究提供支撑。

Description

多相介质抑制非均匀浓度气体爆炸实验装置与实验方法

技术领域

本发明属于爆炸实验装置领域，尤其是涉及一种多相介质抑制非均匀浓度气体爆炸实验装置与实验方法。

背景技术

石油化工、煤矿井下等典型工业场所及地下综合管廊、城市隧道等民用场所均存在大量的狭长受限空间，该类受限空间在工业生产和人民生活利用中可能因装置缺陷、外部因素、人为误操作等原因导致的可燃气体泄漏事故而使得空间内形成爆炸性混合物，一旦遇到足够能量的点火源便会引发狭长空间内的爆炸事故。特别是当狭长空间足够长时，燃烧火焰在通道内不断加速，气体爆燃便可能会转化为爆轰，爆炸压力显著增强，造成灾难性的事故后果。

针对上述问题，研究人员对狭长通道内气体爆炸的演化机制及压力、火焰行为进行了深入研究，取得了较为丰硕的研究成果。然而，已有研究大多是在通道内可燃气体均匀分布的前提条件下开展的，而真实情况下可燃混合物在通道内往往是非均匀分布的，具有一定的浓度梯度，但由于缺乏可开展非均匀浓度气体爆炸的实验装置，使得目前在该方面的研究还较为有限。

狭长通道内气体爆炸的抑制技术亦是目前的热点研究问题，研究人员对惰性气体、水雾、粉体等抑制剂与通道内气体爆炸的相互作用关系及抑制机理进行了大量研究，但已有研究多集中于对单一抑制技术的研究，对多相介质复合抑制技术方面的研究还相对较少，尤其是对于更接近工程实际的通道内非均匀可燃气体爆炸的单一或多相复合抑制技术方面的研究还鲜有报道，且尚没有报道可用于开展多相复合介质抑制狭长通道内非均匀浓度气体爆炸的实验装置。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种多相介质抑制非均匀浓度气体爆炸实验装置与实验方法，从而实现对狭长通道内非均匀浓度可燃气体爆炸的有效模拟以及多相介质对非均匀浓度气体爆炸的复合、多手段抑制实验。

为达到上述目的，本发明的具体技术方案如下：

多相介质抑制非均匀浓度气体爆炸实验装置，包括主体实验通道、快速抽拉装置、配气系统、抑制系统、点火系统、数据采集系统和控制系统；

快速抽拉装置包括挡板和抽拉驱动装置，抽拉驱动装置用于带动挡板运动以实现对主体实验通道内部空间的分隔或导通；

配气系统用于向主体实验通道配置实验用非均匀浓度可燃气体；

抑制系统用于向主体实验通道施加抑制介质；

点火系统用于对主体实验通道内的爆炸性气体进行点火引燃操作；

数据采集系统用于通过传感、摄像单元采集主体实验通道内的爆炸实验数据。

进一步的，主体实验通道的内部空间为方形管道，方形管道被挡板分隔成不少于一个独立空间，每个独立空间设置有观察视窗，主体实验通道内设置有导轨，挡板沿导轨抽拉；

主体实验通道设置有安全泄压阀。

进一步的，快速抽拉装置包括挡板、气动装置、压缩机及限位装置；

压缩机与气动装置连接，气动装置通过限位装置与挡板的一端连接，挡板通过轨道设置在主体实验通道内；

限位装置用于限制挡板在抽拉过程中的行程；

挡板底部设置有薄翼缘，用于保证挡板抽离后主体实验通道内部的密闭性。

进一步的，配气系统用于为独立空间配气，包括可燃气源、减压阀、电磁阀Ⅰ、电磁阀Ⅱ、配气压力传感器与手动阀；

可燃气源串联设置有减压阀与电磁阀Ⅰ，并接入与方形管道相连的进气总管，另一路气管直接连接环境空气，经由电磁阀Ⅱ接入与方形管道相连的进气总管；

配气压力传感器与手动阀连接后接入方形管道，通过精密测量管道内的压力实现分压法配气。

进一步的，配气系统还包括真空泵和球阀，用于在配气前对独立空间进行抽真空操作。

进一步的，点火系统包括点火电极和电火花发生器，点火电极通过预先设定的安装孔分别设置于方形管道的端部和几何中心位置，点火电极与电火花发生器相连，通过控制系统给出的点火指令实现对装置内爆炸性混合物的点火。

进一步的，抑制系统包括粉体抑制系统，由高压驱动气瓶、第一减压表、电磁阀、储粉罐与粉体抑制剂喷头依次连接在管路上，抑制剂喷头通过预留在方形管道上的开口接入实验装置；

独立空间的顶部中心位置预留了抑制剂接入口，喷头可安装于任一接入口。

进一步的，抑制系统包括气液两相抑制系统，包括惰性气源、压缩空气源、与气源对应的第二减压表、惰性气源电磁阀、压缩空气源电磁阀、储水池、电子天平、电磁阀Ⅲ、电磁阀Ⅳ、电磁阀Ⅴ、双流体喷头Ⅰ、双流体喷头Ⅱ、双流体喷头Ⅲ；

储水池放置于电子天平上，用于记录进入方形管道的水量，水池前段与惰性气源或压缩空气源及对应的减压表与电磁阀相连，水池后端连接管道分三路分别与电磁阀和双流体喷头依次连接，每个电磁阀对应一个双流体喷头，双流体喷头Ⅰ、双流体喷头Ⅱ、双流体喷头Ⅲ分别通过预设的开口设置于方形管道被分隔而成的独立空间的顶部，喷头采用虹吸式的双流体细水雾喷嘴。

进一步的，数据采集系统包括压力传感器、火焰温度传感器、高速摄像机，其中压力传感器和火焰温度传感器安装于预先设置在方形管道上的孔洞中，高速摄像机放置于管道外部。

进一步的，还包括控制系统，包括上位机与可编程的控制器，一体化集成在控制柜内，用于实现对快速抽拉装置、配气系统、点火系统、粉体抑制系统、气液两相抑制系统与数据采集系统的控制。

进一步的，还包括多相介质抑制非均匀浓度气体爆炸实验装置的实验方法，包括以下步骤：

S1、进行系统调试、预动作等实验前准备工作，对实验装置进行抽真空操作；

S2、进行非均匀浓度可燃气配置与无抑制的爆炸模拟实验；

S3、进行单一粉体抑制剂作用下的非均匀浓度气体爆炸抑制实验；

S4、进行单一惰性气体或超细水雾作用下的非均匀浓度气体爆炸抑制实验；

S5、进行粉体与惰性气体或粉体与超细水雾联合作用下的非均匀气体爆炸抑制实验；

S6、进行气液两相介质抑制非均匀浓度气体爆炸实验；

S7、进行三相介质复合作用下非均匀浓度气体爆炸抑制实验；

S8、保存摄像机拍摄的爆炸火焰图片及传感器记录的压力、温度数据，根据实验数据分析狭长通道非均匀浓度气体爆炸机理以及单一或多相介质复合抑制技术对非均匀浓度气体爆炸的抑制机制。

相对于现有技术，本发明所述的多相介质抑制非均匀浓度气体爆炸实验装置与实验方法具有以下优势：

(1)本发明通过对挡板分隔而成的独立空间分别配置不同浓度的可燃气-空气混合物，可实现方形狭长通道内非均匀浓度可燃气配置，并开展不同点火位置、不同浓度梯度组合等条件下的狭长通道内的气体爆炸实验，为狭长通道内非均匀浓度可燃气体爆炸行为及演化规律的研究提供支撑；

(2)本发明可以向挡板分隔而成的部分或全部独立空间内施加浓度相同的惰性气体，亦或在各独立空间内配置不同浓度的惰性气体，从而实现局部或全空间充满特定浓度惰性气体及不同惰性气体浓度梯度组合等条件下的狭长通道内不同点火位置、不同可燃气体浓度梯度组合的气体爆炸惰化抑制实验，为狭长通道内均匀/非均匀浓度惰性气体与非均匀浓度可燃气体间的相互作用机制及惰性气体抑制技术的研究提供支撑；

(3)本发明可以向挡板分隔而成的部分或全部独立空间内施加超细水雾，从而实现不同点火位置、不同可燃气体浓度梯度组合等条件下的狭长通道内局部或全空间存在超细水雾的可燃气体爆炸惰化抑制实验，为狭长通道内超细水雾与非均匀浓度可燃气体间的相互作用机制及水雾惰化抑制技术的研究提供支撑；

(4)本发明通过改变粉体抑制剂喷头在方形狭长通道顶部的安装位置以及喷头的种类，可以实现不同粉体抑制剂喷洒量、粒径以及喷洒位置等参数条件下狭长通道内不同点火位置、不同浓度梯度组合的可燃气爆炸抑制实验，为狭长通道内粉体抑制剂与非均匀浓度可燃气体间的相互作用机制及粉体抑制技术的研究提供支撑；

(5)本发明通过将上述惰性气体爆炸抑制实验方法、超细水雾爆炸抑制实验方法及粉体爆炸抑制实验方法进行两两组合，可实现气-液、气-固与液-固等两相介质作用下狭长通道内非均匀浓度可燃气爆炸抑制实验，为狭长通道内两相介质抑制机制及抑制技术的研究提供支撑；

(6)本发明通过同时采用上述惰性气体爆炸抑制实验方法、超细水雾爆炸抑制实验方法及粉体爆炸抑制实验方法，可实现气-液-固三相介质作用下狭长通道内非均匀浓度可燃气爆炸抑制实验，为狭长通道内三相介质抑制机制及抑制技术的研究提供支撑；

(7)本发明通过将超细水雾中增加添加剂，可开展包含不同添加剂超细水雾的单相、两相及三相介质作用下的狭长通道内非均匀浓度可燃气爆炸抑制实验研究。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例所述的多相介质抑制非均匀浓度气体爆炸实验装置结构示意图；

图2为本发明实施例所述的部分狭长方形管道及视窗结构示意图；

图3为本发明实施例所述的挡板结构示意图；

图4为本发明实施例所述的控制系统示意图；

图5为本发明实施例所述的实验方法与流程示意图。

附图标记说明：

1-主体实验通道；11-方形管道；111-第一容器；112-第二容器；113-第三容器；12-观察视窗；13-安全泄压阀；14-导轨；15-开口；2-快速抽拉装置；21-挡板；211-挡板底部薄翼缘；22-气动装置；23-压缩机；3-配气系统；31-可燃气源；32-减压阀；33-电磁阀Ⅰ；34-电磁阀Ⅱ；35-配气压力传感器；36-手动阀；37-真空泵；38-球阀；4-点火系统；41-点火电极；42-电火花发生器；5-粉体抑制系统；51-高压驱动气瓶；52-第一减压表；53-电磁阀；54-储粉罐；55-粉体抑制剂喷头；6-气液两相抑制系统；61-惰性气源；62-压缩空气源；63-第二减压表；64-储水池；65-电子天平；661-电磁阀Ⅲ；662-电磁阀Ⅳ；663-电磁阀Ⅴ；671-双流体喷头Ⅰ；672-双流体喷头Ⅱ；673-双流体喷头Ⅲ；681-惰性气源电磁阀；682-压缩空气源电磁阀；7-数据采集系统；71-压力传感器；72-火焰温度传感器；73-高速摄像机；8-控制系统；81-上位机；82-控制器；83-控制柜。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

一种多相介质抑制非均匀浓度气体爆炸的实验装置与实验方法，主要包括主体实验通道1、挡板快速抽拉装置2、配气系统3、点火系统4、粉体抑制系统5、气液两相抑制系统6、数据采集系统7与控制系统8。具体来说：

所述的主体实验通道1为钢制的水平向全封闭方形管道11，且沿长度方向被挡板21分隔成3部分，分别为第一容器111、第二容器112和第三容器113。在方管各部分的两侧壁上分别开设有观察视窗12，视窗12材料为石英玻璃，并保证与整个钢制管道相同的强度。在方形管道11的一端设置有安全泄压阀13，当管道内的爆炸压力超过允许压力值时自动开启，以保护整个实验装置的安全。在方形管道11内的挡板分隔位置设置内嵌式的导轨14，以保证实验过程中挡板21的快速抽离。

所述的挡板快速抽拉装置2主要由挡板21、气动装置22、压缩机23及限位装置组成。其中，压缩机23与气动装置22连接，为挡板提供快速抽离的动能，气动装置22经由限位装置与挡板21的一端连接，挡板21通过导轨14插入方形管道11内。在挡板的抽离过程中，限位装置通过对气动装置施加预先设定的限制以保证挡板抽离终止时板底与管道内壁齐平，同时，在挡板21底部设置薄翼缘211以保证挡板抽离后整个装置的密闭性。

配气系统3为主体方形管道11被挡板分隔出的三部分容器配气，各容器均配备独立的配气系统，且各配气系统的组成一致，主要是可燃气源31、减压阀32、电磁阀Ⅰ33、电磁阀Ⅱ34、配气压力传感器35与手动阀36。其中，可燃气源31串联设置有减压阀32与电磁阀Ⅰ33，并接入与方形管道11相连的进气总管，另一路气管直接连接环境空气，经由电磁阀Ⅱ34接入与方形管道11相连的进气总管。配气压力传感器35与手动阀36连接后接入方形管道11，通过精密测量管道内的压力实现分压法配气。此外，配气系统3还包括真空泵37和球阀38，以实现配气前对3部分容器的抽真空。

点火系统4主要包括点火电极41和电火花发生器42，点火电极41通过预先设定的安装孔可分别设置于方形管道11的端部和几何中心位置，点火电极41与电火花发生器42相连，通过控制系统8给出的点火指令实现对装置内爆炸性混合物的点火。

粉体抑制系统5主要包括高压驱动气瓶51、第一减压表52、电磁阀53、储粉罐54与粉体抑制剂喷头55，依次连接在管路上，抑制剂喷头55通过预留在方形管道11上的开口15接入实验装置。在管道被挡板分隔出的三部分容器顶部中心位置均预留了抑制剂接入口，喷头55可选择性的安装于任一接入口，以实现不同位置喷洒粉体抑制剂对狭长通道气体爆炸抑制效果的研究。

气液两相抑制系统6主要由惰性气源61、压缩空气源62、与气源对应的第二减压表63、惰性气源电磁阀681、压缩空气源电磁阀682、储水池64、电子天平65、电磁阀Ⅲ661、电磁阀Ⅳ662、电磁阀Ⅴ663、双流体喷头Ⅰ671、双流体喷头Ⅱ672、双流体喷头Ⅲ673组成。储水池64放置于电子天平65上以记录进入方形管道11的水量，水池前段与惰性气源或压缩空气源及对应的减压表与电磁阀相连，水池后端连接管道分三路分别与电磁阀和双流体喷头依次连接，每个电磁阀对应一个双流体喷头，双流体喷头Ⅰ671、双流体喷头Ⅱ672、双流体喷头Ⅲ673分别通过预设的开口设置于方形管道11被分隔而成的三部分容器的顶部，喷头采用虹吸式的双流体细水雾喷嘴。通过同时或有选择性的开启电磁阀Ⅲ661、电磁阀Ⅳ662、电磁阀Ⅴ663，可实现狭长通道内不同空间存在单一或两相抑制介质的可燃气体爆炸抑制实验研究。

数据采集系统7主要包括压力传感器71、火焰温度传感器72、高速摄像机73，其中压力传感器71和火焰温度传感器72安装于预先设置在方形管道11上的孔洞中，高速摄像机73放置于管道外部。通过该系统可实现对爆炸过程中压力、温度及火焰传播图像的采集。

控制系统8主要包括上位机81与可编程的控制器82，一体化集成在控制柜83内，以实现对快速抽拉装置2、配气系统3、点火系统4、粉体抑制系统5、气液两相抑制系统6与数据采集系统7的有效控制。

利用本发明可开展狭长通道内非均匀可燃气体-空气混合物的爆炸实验，以及局部或整体空间存在单一或复合抑制介质作用下的非均匀气体爆炸抑制实验，具体的实验方法与步骤为：

步骤1：实验前准备。根据实验工况要求设置好点火电极41和两相流喷头67，开启实验装置电源，调整好高速摄像机73的位置并开机，对数据采集系统7进行调试，并对快速抽拉装置2、配气系统3、点火系统4等进行试动作，保证整个实验装置的可靠运行。

步骤2：抽真空。打开方形管道11被挡板21分隔成的三部分容器上的手动阀36。通过控制系统8开启真空泵37及球阀38，对被挡板21分隔的方形管道11进行抽真空，读取三部分容器上配气压力传感器35的数据直至管道内达到真空后停止抽取，关闭真空泵37及球阀38。

步骤3：非均匀浓度可燃气配置与无抑制的爆炸模拟实验。此步骤能够根据实验工况要求，在方管11被挡板21分隔而成的3部分容器空间中分别配置出不同浓度的可燃气-空气混合物(以低、中、高浓度表示3个容器内的浓度)，并在配气过程中始终保持3个容器内的压力平衡。配气完成后，对非均匀混合物点火完成实验。

调节减压表32，打开可燃气源31开关，通过控制系统8开启电磁阀Ⅰ331、电磁阀Ⅰ332和电磁阀Ⅰ333，分别向第一容器111、第二容器112和第三容器113中注入可燃气体，当配气压力传感器35的读数达到所需实验工况设定的低浓度时，自动关闭上述电磁阀，停止注入可燃气。开启低浓度空间的电磁阀Ⅱ341，向其内部注入空气，并同步开启中、高浓度空间的电磁阀Ⅰ332和电磁阀Ⅰ333，继续向其内部注入可燃气体，当配气压力传感器35读数达到所需实验工况设定的中浓度时，自动关闭上述电磁阀，停止空气和可燃气的注入。开启低、中浓度空间的电磁阀Ⅱ341和电磁阀Ⅱ342，向其内部注入空气，并同步开启高浓度空间的电磁阀Ⅰ333，继续向其内部注入可燃气体，当配气压力传感器35读数达到所需实验工况设定的高浓度时，自动关闭上述电磁阀，停止空气和可燃气的注入。开启三个容器空间的电磁阀Ⅱ341、电磁阀Ⅱ342和电磁阀Ⅱ343，分别向3个空间注入空气，直至配气压力传感器35的读数回归一个大气压后，自动关闭上述电磁阀，完成配气。

对于无抑制下的爆炸实验，静置一段时间后，通过控制系统8对快速抽拉装置2的气动装置22发出动作指令，装置动作将挡板21沿管道内的导轨14抽出到限位装置设定的指定位置，使得方形管道11沿长度方向贯通，并最大限度的保证密闭性。随后，通过控制系统8向点火系统4发出指令，点火电极41打火引爆爆炸性混合物，同步触发高速摄像机73，并采集压力传感器71和火焰温度传感器72数据，完成对爆炸过程中图像及数据的记录。

步骤4：单一粉体抑制剂作用下的非均匀浓度气体爆炸抑制实验。根据实验工况需求，将粉体抑制剂喷头55安装于指定位置。根据步骤3完成方形管道11内非均匀浓度气体混合物的配置。调整好粉体抑制系统5的第一减压表52，打开高压驱动气瓶51的开关。通过控制系统8对快速抽拉装置2的气动装置22发出动作指令，将挡板21抽出到限定位置，使得方形管道11沿长度方向贯通。随后，通过控制系统8向点火系统4发出指令，点火电极41打火引爆爆炸性混合物，同步触发粉体抑制系统5的电磁阀53，粉体抑制剂喷头55向方形管道11内喷洒粉体抑制剂，并同步触发高速摄像机73，采集压力传感器71和火焰温度传感器72数据，完成对爆炸抑制过程中图像及数据的记录。

步骤5：单一惰性气体或超细水雾作用下的非均匀浓度气体爆炸抑制实验。通过该步骤可实现狭长通道内整体或局部存在单一抑制介质条件下的非均匀浓度气体爆炸抑制实验。

(1)惰性气体抑爆实验。将惰性气源61不经过储水池64直接与电磁阀66和双流体喷头67相连，调节第二减压表63，打开惰性气源61开关。抽真空完成后，打开可燃气源31开关，通过控制系统8开启电磁阀Ⅰ331、电磁阀Ⅰ332和电磁阀Ⅰ333，分别向第一容器111、第二容器112和第三容器113中注入可燃气体，根据步骤3中的方法继续开展直至配气压力传感器35读数达到所需实验工况设定的高浓度时，停止空气和可燃气的注入。根据实验工况要求，若仅需要对第一容器111注入惰性气体，则开启电磁阀Ⅲ661通过双流体喷头Ⅰ671向该空间注入惰性气体，同时开启配气系统3中的电磁阀Ⅱ342和电磁阀Ⅱ343，向其他两个容器内注入空气，当配气压力传感器351读数显示达到惰性气体配置浓度后自动关闭上述电磁阀，停止空气和惰性气体的注入。开启三个容器空间的电磁阀Ⅱ341、电磁阀Ⅱ342和电磁阀Ⅱ343，分别向3个空间注入空气，直至配气压力传感器35的读数回归一个大气压后，自动关闭上述电磁阀，完成配气。同理，若要向两个空间注入惰性气体，则开启电磁阀Ⅲ661、电磁阀Ⅳ662通过双流体喷头Ⅰ671、双流体喷头Ⅱ672向第一容器111和112内注入惰性气体，同时开启配气系统3中的电磁阀Ⅱ343，向剩余容器内注入空气，当配气压力传感器351和352的读数显示达到惰性气体配置浓度后自动关闭上述电磁阀，停止空气和惰性气体的注入。开启三个容器空间的电磁阀Ⅱ341、电磁阀Ⅱ342和电磁阀Ⅱ343，分别向3个空间注入空气，直至配气压力传感器35的读数回归一个大气压后，自动关闭上述电磁阀，完成配气。若要向整个空间均注入惰性气体，则开启电磁阀Ⅲ661、电磁阀Ⅳ662、电磁阀Ⅴ663，通过双流体喷头Ⅰ671、双流体喷头Ⅱ672、双流体喷头Ⅲ673向管道内注入惰性气体，当配气压力传感器35读数显示达到惰性气体浓度后，关闭上述电磁阀。开启三个容器空间的配气系统3的电磁阀Ⅱ341、电磁阀Ⅱ342和电磁阀Ⅱ343，分别向3个空间注入空气，直至配气压力传感器35的读数回归一个大气压后，自动关闭上述电磁阀，完成配气。若要开展不同空间惰性气体浓度不同条件下的爆炸抑制实验，可参考步骤3中非均匀可燃气体配置方法，在惰性气体配置过程中，按低、中、高惰性气体浓度按步骤完成配置。

静置一段时间后，通过控制系统8对快速抽拉装置2的气动装置22发出动作指令，将挡板21抽出到限定位置，使得方形管道11沿长度方向贯通。随后，通过控制系统8向点火系统4发出指令，点火电极41打火引爆爆炸性混合物，同步触发高速摄像机73，采集压力传感器71和火焰温度传感器72数据，完成对爆炸抑制过程中图像及数据的记录。

(2)超细水雾抑爆实验。将压缩空气源62、第二减压表63、电磁阀682经由储水池64和电子天平65与电磁阀66和双流体喷头67连接。调节第二减压表63，打开压缩空气源62开关。抽真空完成后，打开可燃气源31开关，通过控制系统8开启配气系统3的电磁阀Ⅰ331、电磁阀Ⅰ332和电磁阀Ⅰ333，分别向第一容器111、第二容器112和第三容器113中注入可燃气体，根据步骤3中的方法继续开展直至配气压力传感器35读数达到所需实验工况设定的高浓度时，停止空气和可燃气的注入。根据实验工况要求，若仅需要对第一容器111注入超细水雾，则开启电磁阀682和电磁阀Ⅲ661，通过双流体喷头Ⅰ671向该空间注入水雾，同时开启配气系统3中的电磁阀Ⅱ342和电磁阀Ⅱ343，向其他两个容器内注入空气，当配气压力传感器35的读数回归一个大气压后，自动关闭上述电磁阀，完成配气和超细水雾施加。同理，若要向两个空间注入超细水雾，则开启电磁阀682和电磁阀Ⅲ661、电磁阀Ⅳ662，通过双流体喷头Ⅰ671、双流体喷头Ⅱ672向第一容器111和112内注入水雾，同时开启配气系统3中的电磁阀Ⅱ343，向剩余容器内注入空气，当配气压力传感器35的读数回归一个大气压后，自动关闭上述电磁阀，完成配气和超细水雾施加。若要向整个空间均注入超细水雾，则开启电磁阀682和电磁阀Ⅲ661、电磁阀Ⅳ662、电磁阀Ⅴ663，通过双流体喷头Ⅰ671、双流体喷头Ⅱ672、双流体喷头Ⅲ673向管道内注入水雾，当配气压力传感器35的读数回归一个大气压后，自动关闭上述电磁阀，完成配气和水雾的施加。

静置一段时间后，通过控制系统8对快速抽拉装置2的气动装置22发出动作指令，将挡板21抽出到限定位置，使得方形管道11沿长度方向贯通。随后，通过控制系统8向点火系统4发出指令，点火电极41打火引爆爆炸性混合物，同步触发高速摄像机73，采集压力传感器71和火焰温度传感器72数据，完成对爆炸抑制过程中图像及数据的记录。

步骤6：粉体与惰性气体或粉体与超细水雾联合作用下的非均匀气体爆炸抑制实验。根据实验工况需求，完成双流体喷头67和粉体抑制喷头55的安装。按照步骤5，完成非均匀浓度可燃气体的配置以及惰性气体或超细水雾向方形管道11内的施加。

随后，打开粉体抑制系统5的高压驱动气瓶51开关。静置一段时间后，通过控制系统8对快速抽拉装置2的气动装置22发出动作指令，将挡板21抽出到限定位置，再通过控制系统8向点火系统4发出指令，点火电极41打火引爆爆炸性混合物，同步触发粉体抑制系统5的电磁阀53，粉体抑制剂喷头55向方形管道11内喷洒粉体抑制剂，并同步触发高速摄像机73，采集压力传感器71和火焰温度传感器72数据，完成对爆炸抑制过程中图像及数据的记录。

步骤7：惰性气体-超细水雾(气液)两相介质抑制非均匀浓度气体爆炸实验。通过该步骤可实现狭长通道内整体或局部存在气液两相介质条件下的非均匀浓度气体爆炸抑制实验。将惰性气源61、压缩空气源62分两路分别与对应的第二减压表63和电磁阀68连接，后汇总后经由储水池64和电子天平65与电磁阀66和双流体喷头67连接。对方形管道11抽真空完成后，打开配气系统3的可燃气源31开关，通过控制系统8开启电磁阀Ⅰ331、电磁阀Ⅰ332和电磁阀Ⅰ333，分别向第一容器111、第二容器112和第三容器113中注入可燃气体，按照步骤3中的方法继续开展直至配气压力传感器35读数达到所需实验工况设定的高浓度时，停止空气和可燃气的注入。根据实验工况要求，若仅需要对第一容器111注入两相介质，则通过控制系统8开启电磁阀681和电磁阀Ⅲ661，通过双流体喷头Ⅰ671向该空间注入惰性气体和超细水雾，同时开启配气系统3中的电磁阀Ⅱ342和电磁阀Ⅱ343，向其他两个容器空间内注入空气，当配气压力传感器351读数显示达到惰性气体配置浓度后自动关闭上述电磁阀，停止空气和两相介质的注入。开启电磁阀682和电磁阀Ⅲ661，向第一容器111内继续注入空气和超细水雾，同时开启电磁阀Ⅱ342和电磁阀Ⅱ343，向其他两个容器空间注入空气，直至配气压力传感器35的读数回归一个大气压后，自动关闭上述电磁阀，完成配气和两相介质的施加。同理，若要向两个空间注入两相介质，则开启电磁阀681和电磁阀Ⅲ661、电磁阀Ⅳ662，通过双流体喷头Ⅰ671、双流体喷头Ⅱ672向第一容器111和112内注入惰性气体和超细水雾，同时开启配气系统3中的电磁阀Ⅱ343，向剩余容器内注入空气，当配气压力传感器351和352的读数显示达到惰性气体配置浓度后自动关闭上述电磁阀，停止空气和两相介质的注入。开启开启电磁阀682和电磁阀Ⅲ661、电磁阀Ⅳ662，向第一容器111和112中注入空气和超细水雾，同时开启电磁阀Ⅱ343，向剩余容器空间注入空气，直至配气压力传感器35的读数回归一个大气压后，自动关闭上述电磁阀，完成配气和两相介质的施加。若要向整个空间均注入惰性气体和超细水雾，则开启电磁阀681和电磁阀Ⅲ661、电磁阀Ⅳ662、电磁阀Ⅴ663，通过双流体喷头Ⅰ671、双流体喷头Ⅱ672、双流体喷头Ⅲ673向整个管道内注入惰性气体和超细水雾，当配气压力传感器35读数显示达到惰性气体浓度后，关闭上述电磁阀。开启电磁阀682和电磁阀Ⅲ661、电磁阀Ⅳ662、电磁阀Ⅴ663，向整个管道空间注入空气和超细水雾，直至配气压力传感器35的读数回归一个大气压后，自动关闭上述电磁阀，完成配气和两相介质的施加。若要开展不同空间惰性气体浓度不同条件下的两相介质爆炸抑制实验，可参考步骤3中非均匀可燃气体配置方法，在惰性气体配置过程中，按低、中、高惰性气体浓度(假设对应第一容器111、112和113)按步骤完成配置，具体为：对方形管道11抽真空完成后打开配气系统3，按照步骤3中的方法继续开展直至配气压力传感器35读数达到所需实验工况设定的可燃气体高浓度。开启气液两相抑制系统6的惰性气源电磁阀681和电磁阀Ⅲ661、电磁阀Ⅳ662、电磁阀Ⅴ663，向容器内注入惰性气体和超细水雾，当配气压力传感器35显示达到低惰性气体浓度时，关闭低浓度空间的电磁阀Ⅲ661，并同步开启电磁阀Ⅱ341，继续向第二容器112和113中注入两相介质，向第一容器111中注入空气，当配气压力传感器35显示达到中惰性气体浓度时，关闭中浓度空间的电磁阀Ⅳ662，并同步开启电磁阀Ⅱ342，继续向第三容器113中注入两相介质，向第一容器111和第二容器112中注入空气，当配气压力传感器35显示达到高惰性气体浓度时，关闭上述所有电磁阀。开启压缩空气电磁阀682和电磁阀Ⅲ661、电磁阀Ⅳ662、电磁阀Ⅴ663，向三部分容器空间内注入空气和超细水雾，直至配气压力传感器35显示恢复一个大气压后，自动关闭上述电磁阀，完成非均匀可燃气的配置及非均匀气液两相介质的施加。

静置一段时间后，通过控制系统8对快速抽拉装置2的气动装置22发出动作指令，将挡板21抽出到限定位置，使得方形管道11沿长度方向贯通。随后，通过控制系统8向点火系统4发出指令，点火电极41打火引爆爆炸性混合物，同步触发高速摄像机73，采集压力传感器71和火焰温度传感器72数据，完成对爆炸抑制过程中图像及数据的记录。

步骤8：三相介质复合作用下非均匀浓度气体爆炸抑制实验。根据实验工况需求，完成双流体喷头67和粉体抑制喷头55的安装。按照步骤7，完成非均匀浓度可燃气体的配置以及方形管道11局部空间或整体空间内的气液两相介质的施加。

随后，打开粉体抑制系统5的高压驱动气瓶51开关。静置一段时间后，通过控制系统8对快速抽拉装置2的气动装置22发出动作指令，将挡板21抽出到限定位置，再通过控制系统8向点火系统4发出指令，点火电极41打火引爆爆炸性混合物，同步触发粉体抑制系统5的电磁阀53，粉体抑制剂喷头55向方形管道11内喷洒粉体抑制剂，并同步触发高速摄像机73，采集压力传感器71和火焰温度传感器72数据，完成对爆炸抑制过程中图像及数据的记录。

步骤9：保存摄像机拍摄的爆炸火焰图片及传感器记录的压力、温度数据，根据实验数据分析狭长通道非均匀浓度气体爆炸机理以及单一或多相介质复合抑制技术对非均匀浓度气体爆炸的抑制机制。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.多相介质抑制非均匀浓度气体爆炸实验装置，其特征在于：包括主体实验通道(1)、快速抽拉装置(2)、配气系统(3)、抑制系统、点火系统(4)、数据采集系统(7)；

快速抽拉装置(2)包括挡板(21)和抽拉驱动装置，抽拉驱动装置用于带动挡板(21)运动以实现对主体实验通道(1)内部空间的分隔或导通；

配气系统(3)用于向主体实验通道(1)配置实验用非均匀浓度可燃气体；

抑制系统用于向主体实验通道(1)施加抑制介质；

点火系统(4)用于对主体实验通道(1)内的爆炸性气体进行点火引燃操作；

数据采集系统(7)用于通过传感、摄像单元采集主体实验通道(1)内的爆炸实验数据。

2.根据权利要求1所述的多相介质抑制非均匀浓度气体爆炸实验装置，其特征在于：主体实验通道(1)的内部空间为方形管道(11)，方形管道(11)被挡板(21)分隔成不少于一个独立空间，每个独立空间设置有观察视窗(12)，主体实验通道(1)内设置有导轨(14)，挡板(21)沿导轨(14)抽拉；

主体实验通道(1)设置有安全泄压阀(13)。

3.根据权利要求1所述的多相介质抑制非均匀浓度气体爆炸实验装置，其特征在于：快速抽拉装置(2)包括挡板(21)、气动装置(22)、压缩机(23)及限位装置；

压缩机(23)与气动装置(22)连接，气动装置(22)通过限位装置与挡板(21)的一端连接，挡板(21)通过轨道设置在主体实验通道(1)内；

限位装置用于限制挡板(21)在抽拉过程中的行程；

挡板(21)底部设置有薄翼缘，用于保证挡板(21)抽离后主体实验通道(1)内部的密闭性。

4.根据权利要求2所述的多相介质抑制非均匀浓度气体爆炸实验装置，其特征在于：配气系统(3)用于为独立空间配气，包括可燃气源(31)、减压阀(32)、电磁阀Ⅰ(33)、电磁阀Ⅱ(34)、配气压力传感器(35)与手动阀(36)；

可燃气源(31)串联设置有减压阀(32)与电磁阀Ⅰ(33)，并接入与方形管道(11)相连的进气总管，另一路气管直接连接环境空气，经由电磁阀Ⅱ(34)接入与方形管道(11)相连的进气总管；

配气压力传感器(35)与手动阀(36)连接后接入方形管道(11)，通过精密测量管道内的压力实现分压法配气。

5.根据权利要求4所述的多相介质抑制非均匀浓度气体爆炸实验装置，其特征在于：配气系统(3)还包括真空泵(37)和球阀(38)，用于在配气前对独立空间进行抽真空操作。

6.根据权利要求2所述的多相介质抑制非均匀浓度气体爆炸实验装置，其特征在于：点火系统(4)包括点火电极(41)和电火花发生器(42)，点火电极(41)通过预先设定的安装孔分别设置于方形管道(11)的端部和几何中心位置，点火电极(41)与电火花发生器(42)相连，通过控制系统(8)给出的点火指令实现对装置内爆炸性混合物的点火。

7.根据权利要求2所述的多相介质抑制非均匀浓度气体爆炸实验装置，其特征在于：抑制系统包括粉体抑制系统(5)，由高压驱动气瓶(51)、第一减压表(52)、电磁阀(53)、储粉罐(54)与粉体抑制剂喷头(55)依次连接在管路上，抑制剂喷头通过预留在方形管道(11)上的开口(15)接入实验装置；

独立空间的顶部中心位置预留了抑制剂接入口，喷头可安装于任一接入口。

8.根据权利要求2所述的多相介质抑制非均匀浓度气体爆炸实验装置，其特征在于：抑制系统包括气液两相抑制系统(6)，包括惰性气源(61)、压缩空气源(62)、与气源对应的第二减压表(63)、惰性气源电磁阀(681)、压缩空气源电磁阀(682)、储水池(64)、电子天平(65)、电磁阀Ⅲ(661)、电磁阀Ⅳ(662)、电磁阀Ⅴ(663)、双流体喷头Ⅰ(671)、双流体喷头Ⅱ(672)、双流体喷头Ⅲ(673)；

储水池(64)放置于电子天平(65)上，用于记录进入方形管道(11)的水量，水池前段与惰性气源(61)或压缩空气源(62)及对应的减压表与电磁阀相连，水池后端连接管道分三路分别与电磁阀和双流体喷头依次连接，每个电磁阀对应一个双流体喷头，双流体喷头Ⅰ(671)、双流体喷头Ⅱ(672)、双流体喷头Ⅲ(673)分别通过预设的开口设置于方形管道(11)被分隔而成的独立空间的顶部，喷头采用虹吸式的双流体细水雾喷嘴。

9.根据权利要求2所述的多相介质抑制非均匀浓度气体爆炸实验装置，其特征在于：数据采集系统(7)包括压力传感器(71)、火焰温度传感器(72)、高速摄像机(73)，其中压力传感器(71)和火焰温度传感器(72)安装于预先设置在方形管道(11)上的孔洞中，高速摄像机(73)放置于管道外部；

还包括控制系统(8)，包括上位机(81)与可编程的控制器(82)，一体化集成在控制柜(83)内，用于实现对快速抽拉装置(2)、配气系统(3)、点火系统(4)、粉体抑制系统(5)、气液两相抑制系统(6)与数据采集系统(7)的控制。

10.基于权利要求1-9任一所述的多相介质抑制非均匀浓度气体爆炸实验装置的实验方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、进行系统调试、预动作等实验前准备工作，对实验装置进行抽真空操作；

S2、进行非均匀浓度可燃气配置与无抑制的爆炸模拟实验；

S3、进行单一粉体抑制剂作用下的非均匀浓度气体爆炸抑制实验；

S4、进行单一惰性气体或超细水雾作用下的非均匀浓度气体爆炸抑制实验；

S5、进行粉体与惰性气体或粉体与超细水雾联合作用下的非均匀气体爆炸抑制实验；

S6、进行气液两相介质抑制非均匀浓度气体爆炸实验；

S7、进行三相介质复合作用下非均匀浓度气体爆炸抑制实验；

S8、保存摄像机拍摄的爆炸火焰图片及传感器记录的压力、温度数据，根据实验数据分析狭长通道非均匀浓度气体爆炸机理以及单一或多相介质复合抑制技术对非均匀浓度气体爆炸的抑制机制。

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