预混可燃气体湍流与燃爆过程特征参数测试装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种预混可燃气体湍流与燃爆过程特征参数测试装置及方法，该装置包括：流动燃烧管，其中空结构为预混可燃气体的流动和燃烧提供空间，中空结构内设有产生湍流的障碍物，该流动燃烧管的管体进气侧插设点火电极，远离管体进气侧一端设开口；粒子影像测速单元，其用于测量湍流状态的预混可燃气体燃烧过程中的流场特征参数；激光诱导荧光成像单元，其用于同步测量湍流状态的预混可燃气体流动过程中的火焰特征参数。该装置及方法可精确捕捉湍流状态下可燃气体燃爆过程中火焰和流场结构。场结构。场结构。

【技术实现步骤摘要】
预混可燃气体湍流与燃爆过程特征参数测试装置及方法


[0001]本专利技术涉及可燃气体爆炸防护领域，特别涉及用于测试预混可燃气体在一定温度、压力条件下的湍流状态与燃爆过程的特性参数、火焰形态、流场结构等的装置及方法。

技术介绍

[0002]氢气、甲烷等可燃气体的安全贯穿于其生产、存储、运输和使用等各个环节，可燃气体普遍具有分子量低、点火能量小、爆炸极限范围宽等特点，很容易泄漏引发火灾爆炸事故。特别是在工艺装置的高温、高压条件下，可燃气体容易发生燃烧、爆炸，给操作人员、设备产生严重威胁，因此，有必要充分了解可燃气体发生燃爆的诱发条件和后果参数，为认识可燃气体燃爆机理和开发安全防护技术提供基础。
[0003]目前关于可燃气体爆炸极限、爆炸压力等燃爆特性参数的研究主要是采用标准的20L或1m3爆炸球、激波管等设备，考察点火条件、爆炸演变过程及其各种影响因素。CN 108627608 A公开了一种流动状态下可燃气体着火敏感性管式测试装置及测试方法，能够测试流动气体的最小点火能和着火敏感性。CN205643223U公开了一种受限空间气体燃爆扰流测试装置，能够测试多种情况下受限空间内气体燃爆扰流情况。然而，当前可燃气体燃爆特性试验装置和测试方法存在以下问题：(1)实验装置一般只能测试静止的可燃气体在不同初始条件下的燃爆参数，而对火焰结构、射流流场等燃爆过程的精细结构不能有效捕捉，无法准确反映气体流动与燃烧之间的相互作用机理；(2)实验装置只能针对常温、常压下可燃气体在空气中的燃爆行为开展测试，不能研究不同温度、压力下可燃气体的燃爆规律；(3)目前实验测试主要针对间歇性气体射流或静止的气体，这与实际中连续流动且处于湍流状态的状况有很大区别。
[0004]针对当前可燃气体燃爆参数测试装置和方法仅针对静止气体，测试温度、压力范围有限(一般0～200℃，0～5Mpa)，因此，亟需一种不同压力、温度下流动可燃气体燃爆过程特征参数实验测试装置及方法，同时能够精确捕捉湍流状态下可燃气体燃爆过程中火焰和流场结构，以实现揭示气体流动与火焰传播之间的相互作用关系，研究不同压力、温度、湍流状态下可燃气体的流场分布、浓度分布、火焰传播速度以及爆炸极限和爆炸压力等燃爆参数。
[0005]公开于该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种不同压力、温度下预混可燃气体的湍流状态与燃爆过程特征参数实验测试装置及方法，从而精确捕捉连续流动且处于湍流状态下可燃气体燃爆过程中火焰和流场结构。
[0007]为实现上述目的，根据本专利技术的第一方面，本专利技术提供了一种预混可燃气体湍流与燃爆过程特征参数测试装置，包括：流动燃烧管，其中空结构为预混可燃气体的流动和燃
烧提供空间，中空结构内设有产生湍流的障碍物，该流动燃烧管的管体进气侧插设点火电极，远离管体进气侧一端设开口；粒子影像测速单元，其用于测量湍流状态的预混可燃气体燃烧过程中的流场特征参数；激光诱导荧光成像单元，其用于同步测量湍流状态的预混可燃气体流动过程中的火焰特征参数。
[0008]进一步，上述技术方案中，还包括：气体混合器，其设于流动燃烧管的进气前端，用于将可燃气体与空气或氧气进行混合；进气喷嘴，其将来自气体混合器的混合气体喷入流动燃烧管。
[0009]进一步，上述技术方案中，还包括：压力传感器，其设置在流动燃烧管管体表面的测量孔中，用于检测流动燃烧管内湍流状态下可燃气体燃烧后的压力变化并将数据发送至控制单元；温度传感器，其设置在流动燃烧管管体表面的测量孔中，用于检测流动燃烧管内湍流状态下可燃气体燃烧后的温度变化并将数据发送至控制单元；火焰传感器，其设置在流动燃烧管管体表面的测量孔中，用于检测流动燃烧管内湍流状态下可燃气体燃烧后的光电数据并将数据发送至控制单元。
[0010]进一步，上述技术方案中，进气喷嘴前端可设置阻火器，用于防止可燃气体提前点火或火焰反串至上游管路。
[0011]进一步，上述技术方案中，流动燃烧管外侧可缠绕玻璃纤维电加热带，该电加热带被隔热棉包裹。
[0012]进一步，上述技术方案中，流动燃烧管的管体上可设有透明玻璃视窗。同步测量可具体为：将粒子影像测速单元和激光诱导荧光成像单元的探测平面聚焦到同一测量区域，同步调整两者的激光脉冲频率、摄像机快门宽度以及探测时间间隔参数，并透过透明玻璃视窗进行数据采集。
[0013]进一步，上述技术方案中，流场特征参数包括但不限于：速度场分布信息、漩涡结构信息、激波信息和/或剪切层信息。
[0014]进一步，上述技术方案中，火焰特征参数包括但不限于：火焰传播过程的火焰形态信息和/或火焰阵面结构信息。
[0015]进一步，上述技术方案中，进气管路位置处可设有氮气吹扫管路。
[0016]进一步，上述技术方案中，产生湍流的障碍物可以采用流动挡板，该流动挡板可以为方形或圆形。
[0017]根据本专利技术的第二方面，本专利技术提供了一种预混可燃气体湍流与燃爆过程特征参数测试方法，包括如下步骤：将来自不同进气管路的可燃气体与空气或氧气进行混合；将混合气体调节至测试工况设定的温度和压力，混合气体经进气喷嘴进入流动燃烧管并形成湍流；混合气体在点火电极的作用下燃烧并在流动燃烧管内传播；同步测量湍流状态下可燃气体燃烧后的流场特征参数和火焰特征参数并将数据发送至控制单元。
[0018]进一步，上述技术方案中，测试工况设定的温度范围可以为室温至500℃；压力范围可以为0.1至20Mpa。
[0019]进一步，上述技术方案中，保持流动气体的雷诺数达到5000以上即可形成湍流。
[0020]进一步，上述技术方案中，通过调整流动燃烧管的入口气速、进气喷嘴直径和/或障碍物间距，可使流动气体的雷诺数达到5000以上。
[0021]进一步，上述技术方案中，同步测量具体为：将粒子影像测速单元和激光诱导荧光
成像单元的探测平面聚焦到同一测量区域，同步调整两者的激光脉冲频率、摄像机快门宽度以及探测时间间隔参数。
[0022]进一步，上述技术方案中，还包括：检测流动燃烧管内湍流状态下可燃气体燃烧后的压力变化数据、温度变化数据和/或光电数据，并将数据发送至控制单元。
[0023]进一步，上述技术方案中，在测试之前对测试装置的管路整体进行氮气吹扫，排除测试装置内的残留气体，并检测测试装置的气密性。
[0024]与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：
[0025]1、本专利技术的测试装置及方法可精确捕捉湍流状态下可燃气体燃爆过程中火焰和流场结构；
[0026]2、可实现气体湍流与燃爆过程的流场、浓度场、火焰形态等信息的可视化；
[0027]3、可测试不同压力、温度、湍流状态下可燃气体的流场分布、浓度分布、火焰传播速度以及爆炸极限和爆炸压力等燃爆参数；
[0028]4、气体流动燃烧管前端本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种预混可燃气体湍流与燃爆过程特征参数测试装置，其特征在于，包括：流动燃烧管，其中空结构为所述预混可燃气体的流动和燃烧提供空间，所述中空结构内设有产生湍流的障碍物，该流动燃烧管的管体进气侧插设点火电极，远离所述管体进气侧一端设开口；粒子影像测速单元，其用于测量湍流状态的预混可燃气体燃烧过程中的流场特征参数；激光诱导荧光成像单元，其用于同步测量湍流状态的预混可燃气体流动过程中的火焰特征参数。2.根据权利要求1所述的预混可燃气体湍流与燃爆过程特征参数测试装置，其特征在于，还包括：气体混合器，其设于所述流动燃烧管的进气前端，用于将可燃气体与空气或氧气进行混合；进气喷嘴，其将来自所述气体混合器的混合气体喷入所述流动燃烧管。3.根据权利要求2所述的预混可燃气体湍流与燃爆过程特征参数测试装置，其特征在于，还包括：压力传感器，其设置在所述流动燃烧管管体表面的测量孔中，用于检测流动燃烧管内湍流状态下可燃气体燃烧后的压力变化并将数据发送至控制单元；温度传感器，其设置在所述流动燃烧管管体表面的测量孔中，用于检测流动燃烧管内湍流状态下可燃气体燃烧后的温度变化并将数据发送至控制单元；火焰传感器，其设置在所述流动燃烧管管体表面的测量孔中，用于检测流动燃烧管内湍流状态下可燃气体燃烧后的光电数据并将数据发送至控制单元。4.根据权利要求2所述的预混可燃气体湍流与燃爆过程特征参数测试装置，其特征在于，所述进气喷嘴前端设置阻火器，用于防止可燃气体提前点火或火焰反串至上游管路。5.根据权利要求1所述的预混可燃气体湍流与燃爆过程特征参数测试装置，其特征在于，所述流动燃烧管外侧缠绕玻璃纤维电加热带，该电加热带被隔热棉包裹。6.根据权利要求1所述的预混可燃气体湍流与燃爆过程特征参数测试装置，其特征在于，所述流动燃烧管的管体上设有透明玻璃视窗。7.根据权利要求6所述的预混可燃气体湍流与燃爆过程特征参数测试装置，其特征在于，所述同步测量具体为：将所述粒子影像测速单元和激光诱导荧光成像单元的探测平面聚焦到同一测量区域，同步调整两者的激光脉冲频率、摄像机快门宽度以及探测时间间隔参数，并透过所述透明玻璃视窗进行数据采集。8.根据权利要求1所述的预混可燃气体湍流与燃爆过程特征参数测试装置，其特征在于，所述流场特征参数包括：速度场分布信息、漩涡结构信息、激...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘静如，钱亚男，贾学五，王振刚，张帆，徐伟，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司青岛安全工程研究院，
类型：发明
国别省市：