CN107356632A - 外加磁场对预混气体***特征影响的实验装置 - Google Patents

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孙谞
高建村
张继信
沈静
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Abstract

本发明公开了一种外加磁场对预混气体***特征影响的实验装置，包括可调外加电磁场、非金属透明材质预混气体***管道***、配气***、瞬态***压力***、高速摄像***、高能点火***，采用全透明可视化并兼容瞬态***压力采集***，能够实现***火焰传播特征与瞬态***压力特征的同步分析，得出阻隔防爆材料对预混气体***的火焰传播速度、火焰强度、瞬态***压力及压力上升速率等***的影响规律，有助于阻隔防爆材料的进一步推广使用。

Description

外加磁场对预混气体***特征影响的实验装置
技术领域
本发明涉及一种气体燃烧***科学研究和实验测试技术，尤其涉及一种外加磁场对预混气体***特征影响的实验装置。
背景技术
随着国家经济的高速发展和能源结构的调整，易燃易爆化学品和可燃性气体得到了广泛应用，是工业发展必不可少的生产原料和燃料能源，且未来将进一步提升以液化石油气和天然气为主的工业生产、生活能源结构的地位。但是易燃易爆化学品和可燃性气体在开采、输送、储存、加工和使用过程中或者因为泄露导致气体***事故时有发生，往往会因燃烧***产生的火焰和冲击波极易造成邻近设备和构筑物的破坏，导致人员的伤亡和经济损失，严重影响着国民生产、能源开采、交通运输、石油化工等相关行业。因此对可燃性气体***开展影响因素研究和危害防治研究非常必要。
现有的***特征研究实验装置中，主要以瞬态***压力测试为主，配合小面积的观察视窗，或者全透明可视化***管道，无压力采集***，这两种实验装置都不能实现预混气体***全过程的***火焰传播速度、火焰强度、瞬态***压力及压力上升速率等***特征的同步分析研究。
气体***是一个十分复杂并极为快速的物理化学反应过程，***过程中会产生许多中间产物和瞬间产物，如分子、自由基、离子、电子等，而在磁场中，化学反应体系以及反应物的未成对电子的自旋会受到磁场的影响，从而使反应体系的熵发生变化，进而影响化学反应进程。所以磁场对这些中间产物和瞬间产物反应过程会有影响，以致磁场对气体***及其传播会有影响。
目前国内外学者对易燃危化品和瓦斯***传播规律、动力特性及影响因素等研究较为深入，但是对于磁场影响瓦斯***及其传播方面的研究成果较少，相关的实验装置也较少，这也反过来制约了磁场对预混气体***特征影响的研究。
发明内容
本发明的目的是提供一种外加磁场对预混气体***特征影响的实验装置。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
本发明的外加磁场对预混气体***特征影响的实验装置，包括可调外加电磁场、非金属透明材质预混气体***管道***、配气***、瞬态***压力***、高速摄像***、高能点火***；
所述可调外加电磁场包括电动调压器和三组磁极，所述三组磁极以并联的方式接入所述电动调压器；
所述非金属透明材质预混气体***管道***包括非金属透明材质预混气体***管道、瞬态压力传感器、气动阀、法兰，若干组所述瞬态压力传感器以上下对称的方式安装在所述非金属透明材质预混气体***管道上，所述非金属透明材质预混气体***管道一端的密闭法兰预留连接点火头的接口，所述非金属透明材质预混气体***管道另一端兼容安装可拆装气动阀控制密闭法兰和紧固式密闭法兰，气动阀通过管线与气动阀控制器连接，所述非金属透明材质预混气体***管道安装有防爆片；
所述配气***包括气瓶、气体流量计、气体阀门；
所述高速摄像***包括高速摄像机、采集软件和三脚架；
所述高能点火***包括高能点火台和点火头，所述高能点火台通过电缆与所述点火头连接。
由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例提供的外加磁场对预混气体***特征影响的实验装置，采用全透明可视化并兼容瞬态***压力采集***，能够实现***火焰传播特征与瞬态***压力特征的同步分析，得出阻隔防爆材料对预混气体***的火焰传播速度、火焰强度、瞬态***压力及压力上升速率等***的影响规律，有助于阻隔防爆材料的进一步推广使用，具有非常重要的经济意义和实用价值。
附图说明
图1为本发明实施例提供的外加磁场对预混气体***特征影响的实验装置的结构示意图。
图中：
1-非金属透明材质预混气体***管道 2-瞬态压力传感器 3-磁极 4-气动阀 5-可拆装气动阀控制密闭法兰 6-气动阀控制器 7-电动调压器 8-气瓶 9-转子流量计 10-三通阀 11-循环泵 12-空气压缩机 13-点火头 14-高能点火台 15-真空表 16-单向阀17-延时继电器 18-瞬态压力采集主机 19-数据采集计算机 20-高速摄像机。
具体实施方式
下面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，都属于本发明的保护范围。
本发明的外加磁场对预混气体***特征影响的实验装置，其较佳的具体实施方式是：
包括可调外加电磁场、非金属透明材质预混气体***管道***、配气***、瞬态***压力***、高速摄像***、高能点火***；
所述可调外加电磁场包括电动调压器和三组磁极，所述三组磁极以并联的方式接入所述电动调压器；
所述非金属透明材质预混气体***管道***包括非金属透明材质预混气体***管道、瞬态压力传感器、气动阀、法兰，若干组所述瞬态压力传感器以上下对称的方式安装在所述非金属透明材质预混气体***管道上，所述非金属透明材质预混气体***管道一端的密闭法兰预留连接点火头的接口，所述非金属透明材质预混气体***管道另一端兼容安装可拆装气动阀控制密闭法兰和紧固式密闭法兰，气动阀通过管线与气动阀控制器连接，所述非金属透明材质预混气体***管道安装有防爆片；
所述配气***包括气瓶、气体流量计、气体阀门；
所述高速摄像***包括高速摄像机、采集软件和三脚架；
所述高能点火***包括高能点火台和点火头，所述高能点火台通过电缆与所述点火头连接。
所述非金属透明材质预混气体***管道长1000mm、外径104mm、内径100mm、壁厚2mm、耐压2MPa，所述防爆片临界压力为0.8MPa。
3、根据权利要求1所述的外加磁场对预混气体***特征影响的实验装置，其特征在于，所述可调外加电磁场的磁场强度的大小通过电动调压器的无级调节来实现无级调节。
所述高能点火台的点火开关与所述电动调压器的启动按钮通过延迟继电器连接。
所述可调外加电磁场的磁场强度的调节参数为：电压可调节范围为0～450V，磁场的可调节范围为0～300T。
在水平方向上，相邻两组所述瞬态压力传感器的距离大于1厘米。
本发明的外加磁场对预混气体***特征影响的实验装置，磁场强度可以无级调节、通用性强、可重复实验。
本发明通过把若干组磁极架设在非金属透明材质预混气体***管道两侧，实现外加磁场对管道的覆盖，通过调节磁场强度的大小，实现对磁场强度与预混气体***特征的耦合规律的研究，通过在管道安装瞬态压力传感器，并结合高速摄影***，实现对预混气体***瞬态压力、压力上升速率、***火焰传播速度及火焰强度等综合***特征的研究，通过同时兼容安装气动阀控制的密闭法兰与紧固式密闭法兰接口，实现对开***炸实验与闭***炸实验的研究，密封法兰与非金属透明材质预混气体***管道非金属透明材质预混气体***管道之间安装密封垫，防爆片与防爆片接口为硬密封，若干组磁极以并联的方式通过电缆与电动调压器相连接，抽真空***、配气***通过管路与非金属透明材质预混气体***管道连接，电动调压器与高能点火台通过电缆连接。
具体实施例：
如图1所示，本发明的中心思想是通过研制一个外加磁场对预混气体***特征影响的实验装置，通过装置自带的电动调压器与磁芯来实现可无极调节磁场强度的外加电磁场，通过非金属透明材质预混气体***管道非金属透明材质预混气体***管道，并在管道安装瞬态压力传感器，与高速摄影***相结合，实现对预混气体***瞬态压力、压力上升速率、***火焰传播速度及火焰强度等综合***特征的研究，通过在电动调压器启动开关安装延时继电器与高能点火台点火开关相连接，实现点火与施加磁场的一体化控制。
本发明所述的外加磁场对预混气体***特征影响的实验装置，包括但不仅限于：
(1)装填阻隔防爆材料。***管道内阻隔防爆材料填充密度为25kg/m3，填充率为95％，填充阻隔防爆材料的质量为187g，下端点火头端留空5％，其余空间均填充满。(在开展外加磁场作用下，阻隔防爆材料对预混气体***特征影响实验时)
(2)气密性检查。对***管道抽真空5分钟，关闭真空阀并放置3分钟，如果3分钟后，真空表指针未回转，表明装置气密性良好，如果指针回转，表明有漏气地方存在，向管道内充入空气，查找出漏气位置并采取防泄漏措施，直至确认整个装置气密性完好，方可进行实验。
(3)抽真空。启动真空泵前检查确认装置所有阀门处于关闭状态，启动真空泵，打开真空阀，待真空表显示达到一定真空度时，关闭真空阀。
(4)配气与均匀混合。根据气体***管道的体积，和所需预混气体中可燃气体的浓度计算得到需要注入可燃气体的体积。配气完成后，启动循环泵，使预混气体体在***管道内循环5分钟以上，以完成可燃气体-空气的均匀混合。
(5)启动高速摄影***及压力采集***。高速摄影机以一定的进行高速拍摄；以下面一组操作参数为例拍摄帧率可为2000帧/秒，压力采集***的采样频率为15千次/秒。
(6)启动电动调压器的启动开关并同时触发高速摄像机。
(7)数据处理与分析。实验结束后，对采集得到的***火焰图像与瞬态***压力数据进行处理分析，以得到***火焰传播速度、瞬态***峰值压力与压力上升速率。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种外加磁场对预混气体***特征影响的实验装置，其特征在于，包括可调外加电磁场、非金属透明材质预混气体***管道***、配气***、瞬态***压力***、高速摄像***、高能点火***；
所述可调外加电磁场包括电动调压器和三组磁极，所述三组磁极以并联的方式接入所述电动调压器；
所述非金属透明材质预混气体***管道***包括非金属透明材质预混气体***管道、瞬态压力传感器、气动阀、法兰，若干组所述瞬态压力传感器以上下对称的方式安装在所述非金属透明材质预混气体***管道上，所述非金属透明材质预混气体***管道一端的密闭法兰预留连接点火头的接口，所述非金属透明材质预混气体***管道另一端兼容安装可拆装气动阀控制密闭法兰和紧固式密闭法兰，气动阀通过管线与气动阀控制器连接，所述非金属透明材质预混气体***管道安装有防爆片；
所述配气***包括气瓶、气体流量计、气体阀门；
所述高速摄像***包括高速摄像机、采集软件和三脚架；
所述高能点火***包括高能点火台和点火头，所述高能点火台通过电缆与所述点火头连接。
2.根据权利要求1所述的外加磁场对预混气体***特征影响的实验装置，其特征在于，所述非金属透明材质预混气体***管道长1000mm、外径104mm、内径100mm、壁厚2mm、耐压2MPa，所述防爆片临界压力为0.8MPa。
3.根据权利要求1所述的外加磁场对预混气体***特征影响的实验装置，其特征在于，所述可调外加电磁场的磁场强度的大小通过电动调压器的无级调节来实现无级调节。
4.根据权利要求3所述的外加磁场对预混气体***特征影响的实验装置，其特征在于，所述高能点火台的点火开关与所述电动调压器的启动按钮通过延迟继电器连接。
5.根据权利要求3所述的外加磁场对预混气体***特征影响的实验装置，其特征在于，所述可调外加电磁场的磁场强度的调节参数为：电压可调节范围为0～450V，磁场的可调节范围为0～300T。
6.根据权利要求1所述的外加磁场对预混气体***特征影响的实验装置，其特征在于，在水平方向上，相邻两组所述瞬态压力传感器的距离大于1厘米。
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