详情

原文传递可视化可燃物质爆炸化学链式反应过程测试装置及方法

专利名称：	可视化可燃物质爆炸化学链式反应过程测试装置及方法
摘要：	本发明公开了一种可视化可燃物质爆炸化学链式反应过程测试装置及方法，包括爆炸火焰拍摄系统、自由基测试系统、点火系统、循环水冷却系统、温度控制及保温系统、压力控制及监测系统、数据采集系统及主控制系统、爆炸气体快速采样系统、二次脉动雾化配气配液系统、固体粉末喷射系统和球形壳体；可以实现爆炸火焰的拍摄、爆炸中间产物的测试、爆炸气体的快速采样分析，通过各系统的协调作用，通过对比分析爆炸反应前后及过程中爆炸火焰、反应温度、反应压力、爆炸中间产物自由基、爆炸气体等的变化情况，定性定量研究可燃物质爆炸化学链式反应过程的机理及特性，从而为研究人员提供更为全面的实验数据及信息。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	北京;11
申请人：	中国矿业大学(北京)
发明人：	李祥春;柏盛;高佳星;张琪
专利状态：	有效
申请日期：	2019-04-11T00:00:00+0800
发布日期：	2019-07-05T00:00:00+0800
申请号：	CN201910289441.0
公开号：	CN109975354A
代理机构：	北京凯特来知识产权代理有限公司
代理人：	郑立明;赵镇勇
分类号：	G01N25/54(2006.01);G;G01;G01N;G01N25
申请人地址：	100083 北京市海淀区学院路丁11号中国矿业大学
主权项：	1.一种可视化可燃物质爆炸化学链式反应过程测试装置，其特征在于，包括爆炸火焰拍摄系统、自由基测试系统、点火系统、循环水冷却系统、温度控制及保温系统、压力控制及监测系统、数据采集系统及主控制系统、爆炸气体快速采样系统、二次脉动雾化配气配液系统、固体粉末喷射系统和装置主体，所述装置主体包括球形壳体；所述的爆炸火焰拍摄系统包括设于所述球形壳体上的超大石英玻璃光学视窗，所述超大石英玻璃光学视窗上方设有高速摄像机，所述高速摄像机与所述数据采集系统相连；所述循环水冷却系统包括设于所述球形壳体上的循环水入口和循环水出口；所述温度控制及保温系统包括温度传感器、温控仪、电加热带，所述温度传感器固定在所述球形壳体内壁，通过温控仪与数据采集系统相连，所述电加热带设置有继电器，缠绕在所述球形壳体外壁；所述压力控制及监测系统包括压力传感器、压力表和安全阀，所述压力传感器固定在所述球形壳体内壁，并与数据采集系统相连，所述压力表、安全阀安装在所述球形壳体右上方；所述数据采集系统及主控制系统包括数据采集装置、计算机PLC控制器。 2.根据权利要求1所述的可视化可燃物质爆炸化学链式反应过程测试装置，其特征在于，所述的自由基测试系统包括设于所述球形壳体内壁的隔爆型火焰传感器，所述隔爆型火焰传感器与光纤光谱仪连接，所述光纤光谱仪与数据采集系统连接。 3.根据权利要求1所述的可视化可燃物质爆炸化学链式反应过程测试装置，其特征在于，所述的点火系统包括半导体激光点火装置、电火花点火装置和化学点火装置；所述半导体激光点火装置包括保险装置、驱动器、激光二极管、光纤连接器、激光点火头；所述电火花点火装置包括点火控制器，电火花点火杆、点火线圈、火花塞、电火花点火头；所述化学点火装置包括化学点火杆、化学点火头。 4.根据权利要求1所述的可视化可燃物质爆炸化学链式反应过程测试装置，其特征在于，所述的爆炸气体快速采样系统包括导气口，所述导气口连接有气动快速阀和充放气装置，所述气动快速阀与多个小气室相连，所述多个小气室与色谱仪相连，所述色谱仪与数据采集系统相连，所述充放气装置与主控制系统连接。 5.根据权利要求1所述的可视化可燃物质爆炸化学链式反应过程测试装置，其特征在于，所述的充放气装置包括密封驱动气体的电磁阀，所述密封驱动气体的电磁阀与所述气动快速阀的先导孔连接，所述密封驱动气体的电磁阀与主控制系统连接。 6.根据权利要求1所述的可视化可燃物质爆炸化学链式反应过程测试装置，其特征在于，所述的二次脉动雾化配气配液系统包括空压机、电磁阀、储气室、储液室、气液输送管段、球形喷雾室，所述球形喷雾室罩于半球型多孔喷头内，所述球形喷雾室内部装有多孔空心小球。 7.根据权利要求1所述的可视化可燃物质爆炸化学链式反应过程测试装置，其特征在于，所述的固体粉末喷射系统包括空压机、电磁阀、粉尘仓、分散阀、粉尘扩散器。 8.根据权利要求1所述的可视化可燃物质爆炸化学链式反应过程测试装置，其特征在于，所述的装置主体为20L球形双层40CrMo钢结构，包括密封盖、抗爆炸叶片式搅拌单元、排气口以及底座。 9.一种权利要求1至8任一项所述的可视化可燃物质爆炸化学链式反应过程测试装置实现可视化可燃物质爆炸化学链式反应过程测试的方法，其特征在于，包括：通过二次脉动雾化配气配液系统和固体粉末喷射系统向装置内注入实验所需可燃气体、可燃液体和可然固体粉末，从而实现多相混合爆炸；使用不同的点火方式可以满足不同反应物、不同位置的点火需求；通过高速摄像机对爆炸反应过程进行实时拍摄，获取实时图像数据信息；爆炸反应过程中，火焰传感器传出的光线通过聚焦透镜汇聚到光纤光谱仪的狭缝处，再通过光栅衍射作用将不同波长的光线会聚到增强电荷耦合元件上，通过计算机读取光谱数据得到火焰发射光谱的强度分布，即测量爆炸过程中自由基发射光谱，对爆炸中间产物的自由基进行测试，获取爆炸中间产物更全面的数据信息；通过爆炸气体快速采样系统采集爆炸产生的气体，并通过色谱仪分析气体性质，实现爆炸气体的快速采样分析；通过所述各系统的协调作用，通过对比分析爆炸反应前后及过程中爆炸火焰、反应温度、反应压力、爆炸中间产物自由基、爆炸气体等的变化情况，定性定量研究可燃物质爆炸化学链式反应过程的机理及特性。 10.根据权利要求9所述的可视化可燃物质爆炸化学链式反应过程测试的方法，其特征在于，测试过程中：火焰传感器传出的光线通过聚焦透镜汇聚到光纤光谱仪的狭缝处，再通过光栅衍射作用将不同波长的光线会聚到增强电荷耦合元件上，通过计算机读取光谱数据得到火焰发射光谱的强度分布，即测量爆炸过程中自由基发射光谱，对爆炸中间产物的自由基进行测试，获取爆炸中间产物更全面的数据信息；通过所述充放气装置向阀体内充入一定压力的驱动气体，所述驱动气体包括氮气，将阀芯顶在密封锥面上即关闭位置，以密封球形装置的导气口，打开所述充放气装置将阀体内的驱动气体迅速放掉，当阀腔内驱动气体的压力降至一定值时，阀芯就在球形装置内部爆炸气体的推动下快速运动，阀门打开，这时球形装置内部的爆炸气体就通过导气口、阀芯，流经限流喉道进入小气室，采集到的气体通过小气室与色谱仪相连，实现对爆炸气体的快速采样分析；空压机将可燃气体带入储液室，储液室上有液体注入孔，通过液体注入孔向储液室注入可燃液体，高压气体的首次脉动作用将连续性液体从储液室携出，以不同的气液流速进入气液输送管段后形成环形液膜，随后进入球形喷雾室，环形液膜在气体扩张作用下沿球形壁面流动，扩张后的中心气柱一部分进入多孔空心小球，并通过其表面小孔排出形成高压气体的第二次脉动，另外一部分气体形成气旋作用于液膜内侧，最后喷雾室内壁的液膜在二次脉动及内侧气旋多角度作用下沿球型喷雾室表面多个喷孔分散喷出，形成二次雾化；空压机产生的高压气体将粉尘仓中的可燃固体粉末携带进粉尘扩散器，经粉尘扩散器喷射至装置内部，经抗爆搅拌器搅拌与可燃气体、可燃液体均匀分布于装置内部，实现可燃气体、可燃液体、可燃固体粉末多相混合爆炸。
所属类别：	发明专利