一种气体爆炸及抑爆实验装置及其实验方法与流程

1.本发明涉及气体爆炸及抑爆研究技术领域，特别是涉及一种气体爆炸及抑爆实验装置及其实验方法。


背景技术：

2.气体爆炸(包括可燃液体蒸气爆炸)是工业生产和生活领域爆炸灾害的主要形式之一，随着石油化工和煤炭行业的蓬勃发展，大批贮气设施的建设和各大煤矿的开采，气、油罐和瓦斯爆炸事故的频繁发生，引起了世界各国的广泛关注。
3.目前，对于气体爆炸反应的研究，大多在爆炸实验腔内完成，通过向爆炸实验腔内充入一定浓度的气体，通过点火装置对其点燃并引发爆炸，通过调整充入气体的参数，进而研究可燃气体爆炸极限，也可通过额外设置加热器、加压器等，研究初始温度、压力、点火能量、惰性气体、管道内障碍物面积、数量等一两个因素对爆炸极限的影响，例如申请号为“201610738964.5”，名称为“可燃性气体爆炸参数测试装置”的发明专利公开了一种气体爆炸实验装置，包括用于可燃性气体发生爆炸反应的爆炸腔体、用于对爆炸腔体抽真空的抽真空系统、用于向爆炸腔体加入可燃性气体的供气系统、用于加热爆炸腔体内的可燃性气体的加热系统、用于对爆炸腔体内的可燃性气体进行点火的点火系统、用于测试爆炸腔体内的可燃性气体的爆炸压力的数据采集系统以及用于对可燃性气体在爆炸腔体内发生爆炸后产生的废气进行排放和处理的尾气处理系统，数据采集系统包括压力传感器和数据采集控制器，其利用加热系统可测试高温高压下的可燃性气体的爆炸下限，并可对最大爆炸压力以及爆炸指数进行收集，但是其只能给出在某一条件下的爆炸下限，不能直观的得到气体爆炸过程，进而深入分析气体爆炸机理，进而不能从根源上了解气体爆炸并有效的预防和控制气体爆炸事故。
4.因此人们亟需一种能够精确的获取气体爆炸及抑爆过程，并能据此深入分析气体爆炸及抑爆宏观过程与微观机理之间的关系的气体爆炸及抑爆实验装置。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种气体爆炸及抑爆实验装置及其实验方法，以解决上述现有技术存在的问题，能够精确的获取气体爆炸及抑爆过程，并能据此深入分析气体爆炸及抑爆宏观过程与微观机理之间的关系。
6.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种气体爆炸及抑爆实验装置，包括爆炸管，所述爆炸管内设置有用于点燃所述爆炸管内气体的点火器，对应火焰传播路径的所述爆炸管的侧壁上设有供光谱采集探头拍摄爆炸光谱的第一玻璃窗口、正对设置且用于透过纹影仪光线的第二玻璃窗口和第三玻璃窗口、用于高速摄像机拍摄火焰传播过程与火焰形状的第四玻璃窗口，所述爆炸管的侧壁上还设置有若干个沿火焰传播方向顺次布置的压力传感器。
7.优选的，所述第一玻璃窗口设置有若干个，且沿火焰传播方向顺次布置，所述第一
玻璃窗口设置在相邻所述压力传感器之间。
8.优选的，所述爆炸管为方形结构，所述第一玻璃窗口、所述第二玻璃窗口、所述第三玻璃窗口以及所述第四玻璃窗口分别设置在所述爆炸管周向的四个侧壁上，所述第一玻璃窗口、所述第二玻璃窗口、所述第三玻璃窗口以及所述第四玻璃窗口均包括开设在所述爆炸管侧壁上的通孔以及平面玻璃板，所述平面玻璃板的面积大于所述通孔的面积，且所述平面玻璃板通过法兰连接在所述爆炸管的侧壁上。
9.优选的，所述点火器设置在所述爆炸管的内腔底部的中心，所述通孔的竖向中心线与其所在的所述爆炸管的侧壁的竖向中心线重合。
10.优选的，所述平面玻璃板与所述爆炸管的侧壁间夹设有四氟垫板。
11.优选的，所述平面玻璃板的材质为高硼硅，所述平面玻璃板的厚度为12mm。
12.优选的，所述爆炸管上端设置有泄压口，所述爆炸管与所述泄压口的材质均为不锈钢。
13.优选的，还包括用于向所述爆炸管内配气的配气单元，所述配气单元包括真空泵、配气阀以及气体循环泵，所述真空泵与所述爆炸管内腔相连通，所述配气阀设置在所述爆炸管上，所述气体循环泵的输出管与所述爆炸管内腔底部相连通，所述气体循环泵的回流管与所述爆炸管内腔顶部相连通。
14.优选的，还包括用于向所述爆炸管内喷射粉尘抑爆剂的粉尘抑爆单元，所述粉尘抑爆单元包括气体增压机构以及用于储存粉尘抑爆剂的储粉罐，所述气体增压机构通过增压管路与所述爆炸管内腔底部相连通，所述储粉罐设置在所述增压管路上方，所述储粉罐的下端设置有出料口，所述出料口通过管道与所述增压管路相连通。
15.本发明还提供一种上述气体爆炸及抑爆实验装置的实验方法，包括以下步骤：
16.s1：将泄压口密封，开启真空泵，对爆炸管进行抽真空；
17.s2：抽真空完成后，关闭真空泵，将可燃性气体通过配气阀注入到爆炸管内，启动气体循环泵循环可燃性气体；当需要测量粉尘抑爆剂的抑爆效果时，在可燃性气体注入后、气体循环泵启动前，启动气体增压机构，高压气体携带进入到增压管道内的粉尘抑爆剂进入到爆炸管内；
18.s3：待爆炸管内充斥可燃性气体与粉尘抑爆剂充分混合后的实验气体后，关闭气体循环泵，启动点火器进行点火，点火器点火时，光谱采集探头、高速摄像机、纹影仪以及若干个压力传感器测量爆炸数据；
19.s4：工作人员根据光谱采集探头、高速摄像机、接收器以及若干个压力传感器所得到的信息，可采集气体爆炸及抑爆过程，并能据此深入分析气体爆炸及抑爆宏观过程与微观机理之间关系；
20.s5：打开泄压口进行泄压。
21.本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
22.1、本发明中在对应火焰传播路径的爆炸管的侧壁上设第一玻璃窗口、第二玻璃窗口、第三玻璃窗口以及第四玻璃窗口，在点火器点燃爆炸管内的气体后，光谱采集探头透过第一玻璃窗口获取气体爆炸时的光谱信息，高速摄像机透过第四玻璃窗口拍摄火焰传播过程与火焰形状，接收器接收依次透过第二玻璃窗口、爆炸管内气体以及第三玻璃窗口后的纹影仪的发射光，用于反应气体密度变化，若干个压力传感器测量火焰蔓延过程中压力的
变化，工作人员可根据各个仪器采集到的数据从不同的方向对气体爆炸及抑爆过程进行研究，并对得到的数据进行对比、整合，并能据此深入分析气体爆炸及抑爆宏观过程与微观机理之间关系，而且由于各个玻璃窗口的设置并未破坏爆炸管的整体结构，本装置依旧可用于在不同条件下对爆炸极限的测试。
23.2、本发明中第一玻璃窗口设置有若干个，且沿火焰传播方向顺次布置，使得在收集爆炸光谱时，可获取爆炸瞬间和沿火焰传播方向上的爆炸光谱的变化，进而提高了最终获取的气体爆炸及抑爆宏观过程与微观机理之间关系的精确度，另外，采用第一玻璃窗口设置在相邻压力传感器之间的方式，使得压力传感器所测得的压力变化以及光谱采集探头所收集的爆炸光谱变化所针对的是同一传播区域内的火焰，进而在后续的数据对比、整合期间，可将两者数据对应处理，有利于提高最终获得数据的精确度。
24.3、本发明中设置爆炸管为方形结构，且各个玻璃窗口均包括开设在爆炸管侧壁上的通孔以及平面玻璃板，平面玻璃板的面积大于通孔的面积，便于通过法兰将玻璃安装在爆炸管的侧壁上，而且平面玻璃板越大，即平面玻璃板与爆炸管侧壁的接触面积越大，越有利于提高密封效果，另外平面玻璃板的设置，使得各个仪器能够更好的透过该玻璃获取爆炸管内部信息。
25.4、本发明中点火器设置在爆炸管的内腔底部的中心，且通孔的竖向中心线与其所在的爆炸管的侧壁的竖向中心线重合，保证了从不同方向获取火焰传播数据的各个设备均与火焰的中心路径距离相同，进而使得不同设备测量时所针对的火焰传播情况基本相同，有利于后续对不同设备获取的数据进行对比、整合，进一步提高最终获得的气体爆炸及抑爆宏观过程与微观机理之间关系的精确度。
附图说明
26.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
27.图1为本发明气体爆炸及抑爆实验装置的结构示意图；
28.其中，1、爆炸管；2、第二玻璃窗口；3、第一玻璃窗口；4、压力传感器；5、平面玻璃板；6、泄压口；7、把手；8、气体循环泵；9、真空泵；10、气体增压机构；11、储粉罐。
具体实施方式
29.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动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。
30.本发明的目的是提供一种气体爆炸及抑爆实验装置及其实验方法，以解决现有技术存在的问题，能够深入分析气体爆炸及抑爆宏观过程与微观机理之间关系；
31.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
32.请参考如图1所示，提供一种气体爆炸及抑爆实验装置，包括爆炸管1，爆炸管1内设置有用于点燃爆炸管1内气体的点火器，对应火焰传播路径的爆炸管1的侧壁上设有供光谱采集探头拍摄爆炸光谱的第一玻璃窗口3、正对设置且用于透过纹影仪光线的第二玻璃窗口2和第三玻璃窗口、用于高速摄像机拍摄火焰传播过程与火焰形状的第四玻璃窗口，优选的，第一玻璃窗口3、第二玻璃窗口2、第三玻璃窗口以及第四玻璃窗口的透光区域的最下端应低于点火器的点火端，所有视窗均能拍到点火端点火，最上端靠近爆炸管1的上平面，预留一定的安装位置，保证光谱采集探头、纹影仪、高速摄像机能够获得更加全面的信息，较为完整获取气体爆炸及抑爆过程的数据，爆炸管1的侧壁上还设置有若干个沿火焰传播方向顺次布置的压力传感器4，优选的，若干个压力传感器4位于同一条直线上，且首个压力传感器4与点火器的点火端相对应，末端的压力传感器4对应火焰传播路径的末端，有利于获取整个火焰传播过程中的压力变化；在点火器点燃爆炸管1内的气体后，光谱采集探头透过第一玻璃窗口3获取气体爆炸及抑爆过程的的光谱信息，高速摄像机透过第四玻璃窗口拍摄火焰传播过程与火焰形状，接收器接收依次透过第二玻璃窗口2、爆炸管1内气体以及第三玻璃窗口后的纹影仪的发射光，用于反应气体密度变化，若干个压力传感器4测量火焰蔓延过程中压力的变化，工作人员可根据各个仪器采集到的数据从不同的方向对气体爆炸及抑爆宏观过程与微观机理之间关系进行研究，并对得到的数据进行对比、整合，进而更精确的获取气体爆炸及抑爆宏观过程与微观机理之间关系，而且由于各个玻璃窗口的设置并未破坏爆炸管1的整体结构，本装置依旧可用于在不同条件下对爆炸极限的测试。
33.第一玻璃窗口3设置有若干个，且沿火焰传播方向顺次布置，在火焰传播过程中，可获取沿火焰传播方向上的爆炸光谱的变化，进而提高了最终获取的气体爆炸及抑爆宏观过程与微观机理之间关系的精确度，另外，将第一玻璃窗口3设置在相邻压力传感器4之间，使得压力传感器4所测得的压力变化以及光谱采集探头所收集的爆炸光谱变化所针对的是同一传播区域内的火焰，进而在后续的数据对比、整合期间，可将两者数据对应处理，有利于提高最终获得的气体爆炸及抑爆宏观过程与微观机理之间关系精确度，优选的，若干个压力传感器4所在直线与若干个第一玻璃窗口3的中心线重合。
34.若干个第一玻璃窗口3的设置也可以用于测量火焰传播过程中某一区域的爆炸光谱，例如：想要获得点火端的爆炸光谱时，仅需将光谱采集探头对准对应点火端的第一玻璃窗口3，使光谱仪探头要与点火端平齐即可。
35.可根据想要获取的特定阶段的爆炸机理，自行调整各个检测器的对应位置例如，光谱采集探头、纹影仪、高速摄像机均对应点火端采集数据，配合对应点火端的压力传感器4所采集的数据，以测量爆炸瞬间以及爆炸感应期内的爆炸数据，进而得到相应的爆炸机理。
36.爆炸管1为方形结构，第一玻璃窗口3、第二玻璃窗口2、第三玻璃窗口以及第四玻璃窗口分别设置在爆炸管1周向的四个侧壁上，第一玻璃窗口3、第二玻璃窗口2、第三玻璃窗口以及第四玻璃窗口均包括开设在爆炸管1侧壁上的通孔以及平面玻璃板5，平面玻璃板5的面积大于通孔的面积，便于通过法兰将玻璃安装在爆炸管1的侧壁上，而且平面玻璃板5越大，即平面玻璃板5与爆炸管1侧壁的接触面积越大，越有利于提高密封效果，因此可选用与爆炸管1侧壁相同大小的平面玻璃板5，另外平面玻璃板5的设置，使得各个仪器能够更好的透过该玻璃获取爆炸管1内部信息。
37.点火器设置在爆炸管1的内腔底部的中心，通孔的竖向中心线与其所在的爆炸管1的侧壁的竖向中心线重合，保证了从不同方向获取气体爆炸及抑爆过程数据的各个设备均与火焰的中心路径距离相同，进而使得不同设备测量时所针对的气体爆炸情况基本相同，有利于后续对不同设备获取的数据进行对比、整合，进一步提高最终获得的气体爆炸及抑爆宏观过程与微观机理之间关系的精确度。
38.由于爆炸管1内爆炸时会产生一定的振动，为了避免平面玻璃板5被振动损伤，在玻璃板与爆炸管1的侧壁间夹设有四氟垫板，在为平面玻璃板5提供减振效果的同时，由于其自身的特性，可以提高爆炸管1与平面玻璃板5间的密封效果。
39.为了保证平面玻璃板5能够承受爆炸管1内冲击，玻璃板必须采用耐高温、物理强度高的材质，例如高硼硅，另外可根据爆炸的种类适当减少平面玻璃板5的厚度，使其透光性更强，本发明中玻璃板的厚度为12mm。
40.爆炸管1上端设置有泄压口6，使得在实验完成后释放爆炸管1内的压力，泄压口6的顶部设置有把手7，爆炸管1与泄压口6的材质均为不锈钢或其他耐高温、高压的材料。
41.本发明中还设置有用于向爆炸管1内配气的配气单元，配气单元包括真空泵9、配气阀以及气体循环泵8，真空泵9与爆炸管1内腔相连通，用于在对爆炸管1注气前对爆炸管1进行抽真空，避免内部遗留空气影响注入气体的浓度，真空泵9与爆炸管1连接的管路上设置有真空表，配气阀设置在爆炸管上，用于在真空泵9抽真空完成后将可燃性气体注入到爆炸管1内，气体循环泵8的输出管与爆炸管1内腔底部相连通，气体循环泵8的回流管与爆炸管1内腔顶部相连通，当真空泵9抽真空完成后，利用气囊等盛装气体的容器通过配气阀将可燃性气体注入到爆炸管1内后，气体循环泵8将可燃性气体循环，使其充分均匀的分散在爆炸管1内，可在多次实验中注入不同浓度的可燃性气体，进而可实验出爆炸极限。
42.可燃性气体可以是甲烷和空气的混合气，也可以是其它类型的气体，甲烷与空气可在外部预混合后注入爆炸管1内，或者分批注入进爆炸管1内。
43.还设置有用于向爆炸管1内喷射粉尘抑爆剂的粉尘抑爆单元，粉尘抑爆单元包括气体增压机构10以及用于储存粉尘抑爆剂的储粉罐11，气体增压机构10通过增压管路与爆炸管1内腔底部相连通，储粉罐11设置在增压管路上方，储粉罐11的下端设置有出料口，出料口通过管道与增压管路相连通，增压管路上设置有压力表，在向爆炸管1内注入可燃性气体之后，启动气体增压机构10，气体增压机构10向爆炸管1内注入气流，气流在经过储粉罐11的出料口时，会携带粉尘抑爆剂一通进入到爆炸管1内，随后利用气体循环泵8将可燃性气体与粉尘抑爆剂循环使其充分混合形成实验气体，在实际使用过程中，可通过更换不同的抑爆剂，观察点火后实验气体是否爆炸，进而判断抑爆剂的抑爆效果。
44.气体增压机构可选用气瓶或者气体增压泵等，当采用气瓶时，通过高压将气瓶内部的气体供入爆炸管1内，气体运动过程中，携带粉尘抑爆剂一同运动。
45.本发明中点火器可采用ktd
‑
a可调点火器，可调节0.5mj
‑
3j，进而通过调节点火器的功率，测试可燃性气体的被引燃极限温度。
46.本发明中还提供一种上述气体爆炸及抑爆实验装置的实验方法，包括以下步骤：
47.s1：将泄压口6密封，开启真空泵9，对爆炸管1进行抽真空；
48.s2：抽真空完成后，关闭真空泵9，通过配气阀将可燃性气体注入到爆炸管1内，启动气体循环泵8，气体循环泵8将可燃性气体循环，使其充分均匀的分散在爆炸管1内；当需
要测量粉尘抑爆剂的抑爆效果时，在可燃性气体注入到爆炸管1内后，启动气体循环泵8之前，启动气体增压机构10，高压气体携带进入到增压管道内的粉尘抑爆剂进入到爆炸管1内；
49.s3：待爆炸管1内充斥可燃性气体后，关闭气体循环泵8，启动点火器进行点火，点火器点火时，光谱采集探头透过第一玻璃窗口3拍摄内部点火和爆炸光谱，高速摄像机透过第四玻璃窗口拍摄火焰传播过程与火焰形状，纹影仪接收器接收依次透过第二玻璃窗口2、爆炸管1内气体以及第三玻璃窗口后的纹影仪的发射光，用于反应气体密度变化，若干个压力传感器4测量火焰蔓延过程中压力的变化；
50.s4：工作人员根据光谱采集探头、高速摄像机、接收器以及若干个压力传感器4所得到的信息，从不同的方向对气体爆炸及抑爆宏观过程与微观机理之间关系进行研究，并对得到的数据进行对比、整合，进而更精确的获取气体爆炸及抑爆宏观过程与微观机理之间关系，实现了对可燃性气体爆炸及抑爆宏观过程与微观机理之间关系的研究；
51.s5：打开泄压口6进行泄压。
52.根据实际需求而进行的适应性改变均在本发明的保护范围内。
53.需要说明的是，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
54.本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。