CN114235638A - 一种气体扩散模拟实验设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种气体扩散模拟实验设备，包括：实验模拟腔室，所述实验模拟腔室包括进风口和出风口；缩比模型，所述缩比模型设置于所述模拟腔室内部；环境模拟单元，用于模拟所述实验模拟腔室的不同实验环境条件，所述实验环境条件包括风速、风向、环境温度和环境湿度中的至少两种；及环境监测单元，设置于所述实验模拟腔室，用于监测所述实验模拟腔室内的环境数据，所述环境数据包括温度、湿度和气体浓度。本发明实施例提供的气体扩散模拟实验设备，能够模拟不同环境下的气体扩散实验，为有害物质泄漏的监控预警技术和应急救援能力提高提供数据支持。
Description
技术领域
本发明涉及石油、化工安全技术领域，特别是指一种气体扩散模拟实验设备。
背景技术
石油化工生产中的化学品大多具有易燃、腐蚀、毒性及污染等多种危害性，当气体有害物质发生泄漏后，将在较大范围内扩散，对环境产生污染，导致火灾、爆炸和中毒等重大事故，严重危害人们的生命安全与健康。
为了避免这类事故的发生，减少事故发生后的损失，必须对有害物质泄漏进行监控预警技术和应急救援的研究。由于环境条件的不同，导致气体的扩散范围、泄漏速度、泄漏物的浓度分布等有所不同。
在相关技术中，建立气体扩散实验系统是一种常用的实验方法，但常规的实验模型只是针对不同风速的环境条件下的气体扩散实验，不能完整模拟不同风速、风向、温度、湿度等环境条件下的气体扩散实验。
发明内容
本发明实施例提供了一种气体扩散模拟实验设备，能够模拟不同环境下的气体扩散实验，为有害物质泄漏的监控预警技术和应急救援能力提高提供数据支持。
本发明实施例所提供的技术方案如下：
本发明提供一种气体扩散模拟实验设备，包括：
实验模拟腔室，所述实验模拟腔室包括进风口和出风口；
缩比模型，所述缩比模型设置于所述模拟腔室内部；
环境模拟单元，用于模拟所述实验模拟腔室的不同实验环境条件，所述实验环境条件包括风速、风向、环境温度和环境湿度中的至少两种；及
环境监测单元，设置于所述实验模拟腔室，用于监测所述实验模拟腔室内的环境数据，所述环境数据包括温度、湿度和气体浓度。
示例性的，所述环境模拟单元包括送风装置，所述送风装置的送风口连通至所述进风口且所述送风装置的送风参数可调，所述送风参数包括送风温度和送风风速。
示例性的，所述送风装置包括：
冷风机；
风箱，与所述冷风机的出风口连通；
至少两根送风管，所述送风管的一端连通至所述风箱的出风口，另一端连通至所述进风口；
风阀，设置于所述送风管上，用于控制所述每根风管的送风速度；
控制面板，与所述冷风机连接，用于控制所述冷风机以调整所述送风参数。
示例性的，所述环境模拟单元还包括旋转装置，所述缩比模型连接至所述旋转装置上且能够在所述旋转装置驱动下相对所述实验模拟腔室旋转以调节风向。
示例性的，所述旋转装置包括：
设置于所述实验模拟腔室底部的基座；
旋转圆盘，所述缩比模型放置于所述旋转圆盘上；
旋转轴，所述旋转轴的一端可旋转地设置于所述基座上，另一端连接至所述旋转圆盘以驱动所述旋转圆盘转动；及
驱动组件，与所述旋转轴传动连接以驱动所述旋转轴转动。
示例性的，所述环境模拟单元还包括用于改变所述实验模拟腔室内的环境湿度的喷淋装置，所述喷淋装置连接至所述实验模拟腔室内。
示例性的，所述喷淋装置包括管道、设置于管道上的阀门和与所述管道连通的喷头，所述喷头设置于所述实验模拟腔室的顶部，位于所述缩比模型上方且喷射方向朝向所述缩比模型。
示例性的，所述环境监测单元包括：
设置于所述实验模拟腔室的顶部且位于所述缩比模型上方的温度传感器；和/或
设置于所述实验模拟腔室的顶部且位于所述缩比模型上方的湿度传感器；和/或
设置于所述实验模拟腔室的顶部且位于所述缩比模型上方的气体浓度传感器。
示例性的，所述环境监测单元还包括：环境监测主机、及与所述环境监测主机连接的计算机，所述环境监测主机与所述温度传感器、所述湿度传感器和所述气体浓度传感器中的至少一个连接，用于根据所述环境数据进行数据分析和数据记录。
示例性的，所述实验模拟腔室上还设有用于泄漏气体的泄漏点。
本发明实施例所带来的有益效果如下：
根据本发明实施例提供的气体扩散模拟实验设备，通过设置一实验模拟腔室，将缩比模型设置于实验模拟腔室内，通过环境模拟单元模拟多种不同环境条件，该环境条件可以包括风速、风向、环境温度和环境湿度中的至少两种，并通过环境监测单元来监测不同环境条件下的环境数据，从而模拟真实自然环境下各类气体扩散规律实验，进而可研究气体在各类环境中的扩散范围、泄漏速度、浓度分布，为有害物质泄漏的监控预警技术和应急救援能力提高提供数据支持。
附图说明
图1表示本发明实施例提供的气体扩散模拟实验设备的结构示意图。
其中，各标记如下：
实验模拟腔室10；进风口11；出风口12；缩比模型20；冷风机31；风箱32；送风管33；风阀34；控制面板35；基座36；旋转圆盘37；旋转轴38；驱动组件39；温度传感器41；湿度传感器42；气体浓度传感器43；环境监测主机11；计算机45；泄漏点50；喷头51。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”、“一”或者“该”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
针对现有技术中不能模拟不同环境条件下的气体扩散实验，本发明实施例提供了一种气体扩散模拟实验设备，能够模拟不同环境下的气体扩散实验，为有害物质泄漏的监控预警技术和应急救援能力提高提供数据支持。
如图1所示，本发明实施例提供的气体扩散模拟实验设备包括：实验模拟腔室10、缩比模型20、环境模拟单元和环境监测单元。
所述实验模拟腔室10主要用于为模拟实验提供一环境腔室，其可以采用钢化玻璃罩等来制成，其中该实验模拟腔室10内包括实验区域，该实验模拟腔室10上设用于进风的进风口11和用于排风的出风口12。
所述缩比模型20可设置于所述模拟腔室内部的实验区域。
所述环境模拟单元用于模拟所述实验模拟腔室10的不同实验环境条件，所述实验环境条件包括风速、风向、环境温度和环境湿度中的至少两种。
所述环境监测单元设置于所述实验模拟腔室10，用于监测所述实验模拟腔室10内的环境数据，所述环境数据包括温度、湿度和气体浓度。
根据本发明实施例提供的气体扩散模拟实验设备，通过设置一实验模拟腔室10，将缩比模型20设置于实验模拟腔室10内，通过环境模拟单元模拟多种不同环境条件，该环境条件可以包括风速、风向、环境温度和环境湿度中的至少两种，并通过环境监测单元来监测不同环境条件下的环境数据，从而模拟真实自然环境下各类气体扩散规律实验，进而可研究气体在各类环境中的扩散范围、泄漏速度、浓度分布，为有害物质泄漏的监控预警技术和应急救援能力提高提供数据支持。
在一些示例性的实施例中，所述环境模拟单元包括送风装置，所述送风装置的送风口连通至所述进风口11且所述送风装置的送风参数可调，所述送风参数包括送风温度和送风风速。
示例性的，如图1所示，所述送风装置包括：冷风机31、风箱32、送风管33、风阀34及控制面板35，其中风箱32与所述冷风机31的出风口12连通；送风管33的数量至少有两根送风管33，所述送风管33的一端连通至所述风箱32的出风口12，另一端连通至所述进风口11；风阀34设置于所述送风管33上，用于控制每根所述送风管33的送风速度；控制面板35可设置于冷风机31上且与所述冷风机31连接，用于控制所述冷风机31以调整所述送风参数。
在一些实施例中，冷风机31的尺寸可以为2300×1130×1880mm3，可通过操作冷风机31上的控制面板35，来设置冷风机31的出风风速和出风温度，风经过风箱32，并通过调节风阀34均匀进入多根送风管33内，从而将一定风速和温度的风送入实验模拟腔室10的实验区域，其中进入实验区域的风速最高可达3m/s，温度可调范围为-10℃～40℃。
在一些实施例中，缩比模型20整体可呈长方体，尺寸为2.2×2.2×1.5m3，缩比比例为1:100，其由所述实验模拟腔室10封闭。缩比模型20的主要材质包括高分子聚合ABS工程塑料板、大型板、塑光板、PVC管、亚克力玻璃和圆棒等，当然可以理解的，所述缩比模型20的尺寸、缩比比例及选材并不以此为限。
在一些实施例中，所述环境模拟单元还包括旋转装置，所述缩比模型20连接至所述旋转装置上且能够在所述旋转装置驱动下相对所述实验模拟腔室10旋转。采用上述方案，可以通过旋转所述缩比模型20，使得从进风口11吹向所述缩比模型20的风向改变，从而实现对于模拟环境条件中风向的改变，以实现不同环境条件。
在一些实施例中，所述旋转装置包括：基座36、旋转圆盘37、旋转轴38及驱动组件39，所述基座36设置于所述实验模拟腔室10的底部，所述缩比模型20放置于所述旋转圆盘37上，所述旋转轴38的一端可旋转地设置于所述基座36上，另一端连接至所述旋转圆盘37以驱动所述旋转圆盘37转动，所述驱动组件39与所述旋转轴38传动连接以驱动所述旋转轴38转动。
在一些实施例中，所述驱动组件39可以包括驱动电机及传动齿轮组等，驱动电机通过传动齿轮组驱动所述旋转轴38，进而带动所述旋转圆盘37旋转，可实现所述旋转圆盘在0度至360度任意角度旋转。其中所述驱动电机可选用伺服电机，以提高旋转角度精度。
在一些实施例中，如图1所示，所述环境模拟单元还包括用于改变所述实验模拟腔室10内的环境湿度的喷淋装置，所述喷淋装置连接至所述实验模拟腔室10内。
示例性的，所述喷淋装置包括管道、设置于管道上的阀门和与所述管道连通的喷头51，所述喷头51设置于所述实验模拟腔室10的顶部，位于所述缩比模型20上方且喷射方向朝向所述缩比模型20，通过阀门控制，可调节喷头对实验区域的喷水量，进而改变实验环境的湿度。如图1所示，所述喷头51可以设置有至少两个，均匀分布在缩比模型20上方。
示例性的，所述环境监测单元包括：设置于所述实验模拟腔室10的顶部且位于所述缩比模型20上方的温度传感器41；设置于所述实验模拟腔室10的顶部且位于所述缩比模型20上方的湿度传感器42；设置于所述实验模拟腔室10的顶部且位于所述缩比模型20上方的气体浓度传感器43。
需要说明的是，在一些实施例中，所述环境监测单元可以包括温度传感器、湿度传感器及气体浓度传感器中的至少一种或多种。各传感器可安装在缩比模型20的顶部，传感器的探头通过实验模拟腔室10顶部的小孔延伸到指定位置，对实验环境温湿度和监测点的气体浓度数据进行检测。
所述环境监测单元还可以包括：环境监测主机44、及与所述环境监测主机连接的计算机45，所述环境监测主机44与所述温度传感器、所述湿度传感器和所述气体浓度传感器中的至少一个连接，用于根据所述环境数据进行数据分析和数据记录。
所述实验模拟腔室10上还设有用于泄漏气体的泄漏点50。
本发明实施例提供的气体环境模拟实验设备的具体操作过程如下：
首先，实验开始前，确认实验风速风向、温度和湿度要求，检查各类传感器功能是否正常；
然后，根据实验要求，操作节控制面板35设置实验风速和温度，并通过旋转装置旋转缩比模型20以改变实验风向，调节喷淋装置的阀门设置环境湿度；
然后，通过上述调节，观察各传感器监测实验区域的风速风向、温湿度是否达到实验要求；当实验环境达到要求，在泄漏点释放实验气体，记录各传感器的监测数据。
最后，对实验结果处理，分析及记录监测数据。
需要说明的是，本发明实施例提供的气体环境模拟实验设备在操作时，应选择靠窗或空旷的区域进行实验，避免冷风机31运作温度过高，且对实验后的气体按照相关标准进行处理；定期对系统进行检查与维护，确保各个装置状态良好运行正常。
有以下几点需要说明：
(1)本发明实施例附图只涉及到与本发明实施例涉及到的结构，其他结构可参考通常设计。
(2)为了清晰起见，在用于描述本发明的实施例的附图中，层或区域的厚度被放大或缩小，即这些附图并非按照实际的比例绘制。可以理解，当诸如层、膜、区域或基板之类的元件被称作位于另一元件“上”或“下”时，该元件可以“直接”位于另一元件“上”或“下”或者可以存在中间元件。
(3)在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合以得到新的实施例。
以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种气体扩散模拟实验设备，其特征在于，包括：
实验模拟腔室，所述实验模拟腔室包括进风口和出风口；
缩比模型，所述缩比模型设置于所述模拟腔室内部；
环境模拟单元，用于模拟所述实验模拟腔室的不同实验环境条件，所述实验环境条件包括风速、风向、环境温度和环境湿度中的至少两种；及
环境监测单元，设置于所述实验模拟腔室，用于监测所述实验模拟腔室内的环境数据，所述环境数据包括温度、湿度和气体浓度。
2.根据权利要求1所述的气体扩散模拟实验设备，其特征在于，所述环境模拟单元包括送风装置，所述送风装置的送风口连通至所述进风口且所述送风装置的送风参数可调，所述送风参数包括送风温度和送风风速。
3.根据权利要求2所述的气体扩散模拟实验设备，其特征在于，所述送风装置包括：
冷风机；
风箱，与所述冷风机的出风口连通；
至少两根送风管，所述送风管的一端连通至所述风箱的出风口，另一端连通至所述进风口；
风阀，设置于所述送风管上，用于调整每根风管的风速；
控制面板，与所述冷风机连接，用于控制所述冷风机以调整所述送风参数。
4.根据权利要求2所述的气体扩散模拟实验设备，其特征在于，所述环境模拟单元还包括旋转装置，所述缩比模型连接至所述旋转装置上且能够在所述旋转装置驱动下相对所述实验模拟腔室旋转以调节风向。
5.根据权利要求4所述的气体扩散模拟实验设备，其特征在于，所述旋转装置包括：
设置于所述实验模拟腔室底部的基座；
旋转圆盘，所述缩比模型放置于所述旋转圆盘上；
旋转轴，所述旋转轴的一端可旋转地设置于所述基座上，另一端连接至所述旋转圆盘以驱动所述旋转圆盘转动；及
驱动组件，与所述旋转轴传动连接以驱动所述旋转轴转动。
6.根据权利要求1所述的气体扩散模拟实验设备，其特征在于，所述环境模拟单元还包括用于改变所述实验模拟腔室内的环境湿度的喷淋装置，所述喷淋装置连接至所述实验模拟腔室内。
7.根据权利要求6所述的气体扩散模拟实验设备，其特征在于，所述喷淋装置包括管道、设置于管道上的阀门和与所述管道连通的喷头，所述喷头设置于所述实验模拟腔室的顶部，位于所述缩比模型上方且喷射方向朝向所述缩比模型。
8.根据权利要求1所述的气体扩散模拟实验设备，其特征在于，所述环境监测单元包括：
设置于所述实验模拟腔室的顶部且位于所述缩比模型上方的温度传感器；和/或
设置于所述实验模拟腔室的顶部且位于所述缩比模型上方的湿度传感器；和/或
设置于所述实验模拟腔室的顶部且位于所述缩比模型上方的气体浓度传感器。
9.根据权利要求8所述的气体扩散模拟实验设备，其特征在于，所述环境监测单元还包括：环境监测主机、及与所述环境监测主机连接的计算机，所述环境监测主机与所述温度传感器、所述湿度传感器和所述气体浓度传感器中的至少一个连接，用于根据所述环境数据进行数据分析和数据记录。
10.根据权利要求1所述的气体环境模拟实验设备，其特征在于，所述实验模拟腔室上还设有用于泄漏气体的泄漏点。
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