一种模拟密闭容器爆炸泄放引发外部堆积粉尘二次爆炸的实验装置及实验方法与流程

本发明涉及爆炸安全，尤其涉及一种模拟密闭容器爆炸泄放引发外部堆积粉尘二次爆炸的实验装置及实验方法。

背景技术：

1、在化工、煤矿、粮食加工及金属抛光等涉爆行业中，密闭容器内的可燃气体、可燃粉尘或气粉混合介质发生爆炸后，爆炸产生的冲击波、高温火焰及高速气流可能经泄放口向外部空间传播，并卷扬外部环境中的堆积粉尘形成粉尘云，进而引发二次爆炸。因此，对密闭容器内一次爆炸、爆炸产物泄放、外部堆积粉尘卷扬以及二次爆炸的连续过程进行模拟，并获取该过程中的压力、温度及火焰传播数据，对于研究二次爆炸发生机理以及开展泄爆和抑爆技术研究具有重要意义。

2、现有爆炸实验装置主要包括密闭容器单次爆炸特性测试装置、管道内连续爆炸或二次爆炸模拟装置以及爆炸泄放特性测试装置。密闭容器单次爆炸特性测试装置通常包括耐压密封爆炸腔体、介质供给系统、点火系统和数据采集模块，用于测量密闭空间内爆炸产生的最大压力及升压速率等参数。管道内连续爆炸或二次爆炸模拟装置通常在主爆炸腔体的基础上连接延伸管道或次爆炸腔体，例如中国专利申请cn121027217a公开了一种瓦斯爆炸二次爆轰模拟装置，其包括主爆管、副爆管、配气系统及数据采集系统，用于模拟瓦斯在管道内的二次爆轰；中国专利申请cn114755266a公开了一种粉尘二次爆炸实验装置，其通过管道连接两个爆炸腔体，并在次爆炸空间内预先形成粉尘云，以进行二次爆炸测试。爆炸泄放特性测试装置通常在爆炸腔体上设置泄放口及泄爆片或泄爆门，例如中国专利申请cn120539215a公开了一种容器爆炸泄放实验装置，其设置有固定容积的外部泄放舱，用于测试密闭容器向开放空间或半开放空间泄放时的压力变化。

3、然而，上述现有技术仍存在一定不足。密闭容器单次爆炸特性测试装置通常仅能够研究单一密闭空间内的一次爆炸特性，缺少爆炸产物泄放及二次爆炸模拟能力；管道式或双腔式二次爆炸模拟装置通常需要预先在管道或次爆炸腔体内配置可燃气体或粉尘云，难以模拟一次爆炸产生的冲击波、高温火焰及高速气流泄放至外部空间后，主动卷扬外部堆积粉尘并引发二次爆炸的实际过程；爆炸泄放实验装置主要用于研究泄放压力，且外部泄放空间采用固定容积结构，难以根据实验工况调整外部实验空间的有效容积以及泄放口与粉尘铺设区域之间的距离。此外，部分现有装置的数据采集参数较为单一，难以同步获取一次爆炸、爆炸泄放及二次爆炸全过程中的压力、温度和火焰传播数据，不利于分析各实验参数之间的动态耦合关系。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种模拟密闭容器爆炸泄放引发外部堆积粉尘二次爆炸的实验装置及实验方法，旨在解决现有实验装置难以完整模拟密闭容器一次爆炸泄放后卷扬外部堆积粉尘并引发二次爆炸的全过程，且外部实验空间不易调节、全过程实验数据难以同步采集的问题。

2、为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案一种模拟密闭容器爆炸泄放引发外部堆积粉尘二次爆炸的实验装置及实验方法包括燃爆管、外部容器、一次爆炸介质制备组件、点火组件、爆破片、数据采集组件和控制系统；所述燃爆管用于形成一次爆炸空间；

3、所述外部容器通过泄放口与燃爆管连接且底部设置有粉尘铺设区域，用于形成二次爆炸空间；

4、所述爆破片设置于泄放口处并封闭泄放口，用于在燃爆管内的压力达到阈值时破裂，使一次爆炸产生的爆炸产物进入外部容器并卷扬粉尘铺设区域内的堆积粉尘；

5、所述一次爆炸介质制备组件与燃爆管连接，用于在燃爆管内制备一次爆炸介质；

6、所述点火组件与燃爆管连接，用于点燃一次爆炸介质；

7、所述数据采集组件的采集端分别对应燃爆管和外部容器设置，用于采集一次爆炸、爆炸泄放和二次爆炸过程中的实验数据；

8、所述控制系统分别与一次爆炸介质制备组件中的受控执行件、点火组件和数据采集组件连接，用于控制受控执行件、点火组件和数据采集组件按照预设时序动作。

9、所述外部容器相对的两内壁上沿爆炸产物的泄放方向间隔设置有多对凹槽，所述外部容器内设置有隔板，所述隔板能够插接于任一对凹槽内，并与外部容器的内壁相配合，从而将外部容器分隔形成不同容积的实验空间。

10、所述一次爆炸介质为可燃气体、可燃粉尘或由可燃气体与可燃粉尘形成的混合介质。

11、所述一次爆炸介质制备组件包括气体配送组件、真空组件和粉尘喷吹组件；所述气体配送组件、所述真空组件和所述粉尘喷吹组件均与燃爆管连接，所述真空组件用于抽取燃爆管内的气体，所述气体配送组件用于向燃爆管内输送可燃气体，所述粉尘喷吹组件用于使可燃粉尘在燃爆管内分散扬起，从而在燃爆管内制备一次爆炸介质。

12、所述真空组件包括真空泵、负压表和第一球阀；

13、所述真空泵通过抽气管路与燃爆管连通，所述第一球阀设置在抽气管路上，所述负压表与燃爆管连接，用于检测燃爆管内的压力。

14、所述气体配送组件包括可燃气瓶、流量计和第二球阀；

15、所述可燃气瓶通过供气管路与燃爆管连通，所述流量计和所述第二球阀均设置在供气管路上，所述流量计用于检测向燃爆管内输送的可燃气体流量，所述第二球阀用于控制供气管路的通断。

16、所述粉尘喷吹组件包括储粉槽、导流芯、导向帽、支撑杆、电磁阀和空气瓶；所述储粉槽设置在燃爆管的底部，所述导流芯对应储粉槽设置，所述导向帽通过支撑杆设置在储粉槽的上方，所述空气瓶通过喷吹管路与储粉槽连通，所述电磁阀设置在喷吹管路上并与控制系统连接，用于控制空气瓶输出的气流经导流芯分散，并经导向帽导向，从而使储粉槽内的可燃粉尘在燃爆管内分散扬起。

17、所述点火组件包括点火头、两个点火电极、绝缘管、高压直流电源和点火控制件；两个所述点火电极分别穿设在燃爆管的相对两侧，所述绝缘管套设在点火电极的外侧，所述点火头设置在两个点火电极伸入燃爆管内的端部之间，所述高压直流电源通过点火控制件与两个点火电极电连接，所述点火控制件与控制系统连接，用于控制高压直流电源向点火电极输出点火能量。

18、所述燃爆管设置有第一视窗，所述外部容器设置有第二视窗，所述数据采集组件包括两个压力传感器、两个热电偶、两个摄像设备和高速数据采集仪；

19、两个所述压力传感器分别与燃爆管和外部容器连接，两个所述热电偶分别与燃爆管和外部容器连接，两个所述摄像设备分别朝向第一视窗和第二视窗，两个压力传感器、两个热电偶和两个摄像设备均与高速数据采集仪连接，高速数据采集仪和两个摄像设备均与控制系统连接。

20、一种模拟密闭容器爆炸泄放引发外部堆积粉尘二次爆炸的实验方法，包括以下步骤：s1、根据预设实验工况，将隔板插入外部容器内对应位置的凹槽中，从而调整外部容器的有效实验容积，并根据隔板的插接位置，在外部容器的底部铺设堆积粉尘，从而调整泄放口与堆积粉尘之间的距离；s2、根据一次爆炸介质的类型，通过气体配送组件和粉尘喷吹组件中的至少一者在燃爆管内制备一次爆炸介质；当一次爆炸介质包括可燃气体时，在通过气体配送组件向燃爆管内输送可燃气体之前，通过真空组件抽取燃爆管内的气体；s3、通过控制系统控制数据采集组件进入数据采集状态；s4、通过控制系统控制点火组件点燃一次爆炸介质，使燃爆管内发生一次爆炸；s5、当燃爆管内的压力达到阈值时，设置于泄放口处的爆破片破裂，使一次爆炸产生的爆炸产物经泄放口进入外部容器，卷扬堆积粉尘形成粉尘云，并引燃粉尘云形成二次爆炸；

21、其中，在执行步骤s4和步骤s5的过程中，通过数据采集组件持续采集一次爆炸、爆炸泄放和二次爆炸过程中的压力数据、温度数据和火焰传播图像。

22、本发明的有益效果是：

23、1、本发明通过燃爆管、爆破片和外部容器的配合，使燃爆管内一次爆炸产生的冲击波、高温火焰和高速气流经泄放口进入外部容器，卷扬外部容器底部的堆积粉尘并形成粉尘云，进而引发二次爆炸，从而实现一次爆炸、爆炸产物泄放、外部堆积粉尘卷扬及二次爆炸的全链条模拟，能够更加贴近工业现场中密闭容器爆炸泄放引发外部堆积粉尘二次爆炸的实际过程；

24、2、本发明通过将隔板插接于外部容器内不同位置的凹槽中，并根据隔板位置重新铺设堆积粉尘，能够调整外部容器的有效实验容积以及泄放口与堆积粉尘之间的距离，便于构建不同空间尺度和不同相对位置的实验工况，以开展对比实验；

25、3、本发明通过分别对应燃爆管和外部容器设置压力传感器、热电偶及摄像设备，能够同步采集一次爆炸、爆炸泄放和二次爆炸过程中的压力数据、温度数据及火焰传播图像，有利于分析各实验参数之间的动态变化及耦合关系，为爆炸泄放设计、粉尘爆炸防控以及二次爆炸抑制技术研究提供实验基础。