一种两相混合燃爆实验系统和实验方法技术方案

本发明专利技术提供一种两相混合燃爆实验系统和实验方法，所述实验系统以探究可燃气与煤尘两相混合物形成的燃爆波在典型管道中传播特性的动力学规律为目的的实验系统，获得两相混合物在不同煤尘粒径

【技术实现步骤摘要】
一种两相混合燃爆实验系统和实验方法


[0001]本专利技术涉及燃爆实验
，特别是指一种两相混合燃爆实验系统和实验方法
。

技术介绍

[0002]可燃气，比如氢气作为重要的化工原料和极为清洁的优质能源等在冶炼
、
化工
、
液氢燃料火箭
、
氢能飞机
、
氢能车等领域占有重要地位
。
结合
CCUS(
碳捕捉
、
利用与封存
)
技术，煤制氢系统将近零碳排放，成为最重要的洁净煤技术，然而煤制氢的安全隐患却不容忽视
。
[0003]对于煤焦化制氢
、
煤气化制氢
、
煤转化为甲醇重整制氢等工艺，在燃烧过程中都有可能出现煤尘与氢气共存的现象
。
目前已经有许多研究认为氢气
‑
煤尘爆炸将给煤制氢工业带来严重的安全威胁
。
但危险到底几何，从何而来，如何消减，这些问题尚未得到解析
。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供了一种两相混合燃爆实验系统和实验方法，所述技术方案如下：
[0005]一方面，提供了一种两相混合燃爆实验系统，所述实验系统以探究可燃气与煤尘两相混合物形成的燃爆波在典型管道中传播特性的动力学规律为目的的实验系统，获得两相混合物在不同煤尘粒径
、
不同掺可燃气浓度下的燃爆特性数据，所述实验系统由燃爆管道系统
、
>充配气系统
、
喷尘系统
、
点火系统
、
以及数据采集系统所组成
。
[0006]可选地，所述燃爆管道系统包括顺次连接的驱动段
、
传播段和透明段；
[0007]所述驱动段内径为
50
‑
80cm
，厚度为
2mm
，材质为不锈钢，用于点燃反应混合物；
[0008]所述传播段内径厚度与驱动段一致，材质也为不锈钢，用于燃爆波的传播；
[0009]所述透明段横截面为矩形，尺寸为
80cm
×
80cm
，上下两端为不锈钢钢板，两个侧面为高强度钢化玻璃，用于与数据采集系统中的高速激光纹影装置配合，观察燃爆过程
。
[0010]可选地，所述燃爆管道系统的驱动段与传播段管道之间用爆破阀隔开，传播段中间通过圆形法兰连接，传播段与透明段之间通过一端截面为圆形，一端截面为矩形的法兰连接
。
[0011]可选地，所述充配气系统，用于配制预混气，包括
O
2(g)
、H
2(g)
气体流量计
、
数显表
、
控制面板
、
压力表
、
真空泵
、
各纯气瓶
、
预混气瓶
。
[0012]可选地，所述喷尘系统包括电磁阀
、
储尘仓
、
储气室
、
空气压缩机
、
喷嘴；
[0013]所述电磁阀选用直动式电磁阀；
[0014]所述储尘仓中的煤尘粒径条件依据实验所需自行调节；
[0015]所述储气室容积为
1L
；
[0016]所述空气压缩机选用离心式空气压缩机；
[0017]所述喷嘴由喷嘴盖
、
喷嘴中板
、
喷嘴接管三部分组成，喷嘴中板的结构为一环形且在环形中板上设置7个
Φ
2mm
的气孔以便排出压缩空气，喷嘴盖
、
喷嘴中板以及喷嘴接管之间采用焊接；
[0018]所述喷尘系统通过控制电磁阀将储气室中的高压气体冲入储尘仓，然后在高压气流的湍流作用下将储尘仓中的煤尘通过喷嘴喷入所述燃爆管道系统的管道中
。
[0019]可选地，所述点火系统，用于点燃反应混合物，包括触发器
、
隔分开关
、
电容组
、
高压电源和火花塞；
[0020]电容器电容为
0.03
μ
F
，实验中并行连接5只电容器，电容组总电容为
0.15
μ
F
；
[0021]火花塞主体材料为
PVC
；
[0022]实验中电容组充电电压为
15kV
，高压电源的主要作用就是为电容组充电；触发器主要作用为提供高压脉冲将隔分开关的尖端和连接柱之间的空气电离；
[0023]隔分开关于电容组以及点火塞相连，有正负电极
。
[0024]可选地，所述数据采集系统包括压力传感器
、
烟膜和高速激光纹影装置；
[0025]所述压力传感器为
PCB
压力传感器，每隔
20cm
设置于所述传播段，用于实验开始后获得燃爆压力数据；
[0026]所述烟膜采用
1mm
厚的
PVC
薄膜作为烟迹载体，安装于所述传播段中最后
2m
段的内壁和末端端面上，在内壁上的烟膜长度取
1000mm
，宽度与圆管内径一致，端面上的烟膜与末端管道切面尺寸一致，烟膜用来获取燃爆波胞格结构；
[0027]所述高速激光纹影装置，用于将传播段中的燃爆波中密度变化剧烈的部分转变为可分辨的图像记录下来，实现对燃爆波传播过程的直接观测，包括凸透镜
、
凹面镜
、
反射镜
、
高速摄像机
、
平行光源
。
[0028]可选地，提供了一种两相混合燃种两爆实验方法，通过如上所述的实验系统进行，包括：
[0029]S1、
完成实验开始前的准备工作后，使用空气压缩机向储气室中充入高压空气，在储尘仓中放入煤尘，通过控制电磁阀，将高压气体冲入储尘仓中，在高压气流的湍流作用下将煤尘通过喷嘴喷入燃爆管道系统的管道中并悬浮一定时间；
[0030]S2、
打开混气瓶阀门
、
控制面板阀门和燃爆管道系统阀门，向燃爆管道系统充入预混气体，通过压力表监测管道内压力，达到实验目标压力后关闭阀门，通过真空泵抽出燃爆管道系统和混气瓶之间连接管中的残留可燃气体，之后关闭所有阀门；
[0031]S3、
连接高压电源和电容组，开始对电容组充电，充电完成后按下触发器，火花塞放出电火花点燃管道内混合物；
[0032]S4、
打开真空泵抽出燃爆管道内的残余气体和气体产物，并清理遗留煤尘，取出烟膜，喷洒烟迹固定剂，放置在无人接触的空旷处，等待烟迹固定，通过电脑保存压力峰值数据以及记录高速激光纹影装置拍摄到的燃爆波传播过程
。
[00本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种两相混合燃爆实验系统，其特征在于，所述实验系统以探究可燃气与煤尘两相混合物形成的燃爆波在典型管道中传播特性的动力学规律为目的的实验系统，获得两相混合物在不同煤尘粒径
、
不同掺可燃气浓度下的燃爆特性数据，所述实验系统由燃爆管道系统
、
充配气系统
、
喷尘系统
、
点火系统
、
以及数据采集系统所组成
。2.
根据权利要求1所述的实验系统，其特征在于，所述燃爆管道系统包括顺次连接的驱动段
、
传播段和透明段；所述驱动段内径为
50
‑
80cm
，厚度为
2mm
，材质为不锈钢，用于点燃反应混合物；所述传播段内径厚度与驱动段一致，材质也为不锈钢，用于燃爆波的传播；所述透明段横截面为矩形，尺寸为
80cm
×
80cm
，上下两端为不锈钢钢板，两个侧面为高强度钢化玻璃，用于与数据采集系统中的高速激光纹影装置配合，观察燃爆过程
。3.
根据权利要求2所述的实验系统，其特征在于，所述燃爆管道系统的驱动段与传播段管道之间用爆破阀隔开，传播段中间通过圆形法兰连接，传播段与透明段之间通过一端截面为圆形，一端截面为矩形的法兰连接
。4.
根据权利要求1所述的实验系统，其特征在于，所述充配气系统，用于配制预混气，包括
O
2(g)
、H
2(g)
气体流量计
、
数显表
、
控制面板
、
压力表
、
真空泵
、
各纯气瓶
、
预混气瓶
。5.
根据权利要求1所述的实验系统，其特征在于，所述喷尘系统包括电磁阀
、
储尘仓
、
储气室
、
空气压缩机
、
喷嘴；所述电磁阀选用直动式电磁阀；所述储尘仓中的煤尘粒径条件依据实验所需自行调节；所述储气室容积为
1L
；所述空气压缩机选用离心式空气压缩机；所述喷嘴由喷嘴盖
、
喷嘴中板
、
喷嘴接管三部分组成，喷嘴中板的结构为一环形且在环形中板上设置7个
Φ
2mm
的气孔以便排出压缩空气，喷嘴盖
、
喷嘴中板以及喷嘴接管之间采用焊接；所述喷尘系统通过控制电磁阀将储气室中的高压气体冲入储尘仓，然后在高压气流的湍流作用下将储尘仓中的煤尘通过喷嘴喷入所述燃爆管道系统的管道中
。6.
根据权利要求1所述的实验系统，其特征在于，所述点火系统，用于点燃反应混合物，包括触发器
、
隔分开关
、
电容组
、
高压电源和火花塞；电容器电容为
0.03
μ
F
，实验中并行连接5只电容器，电容组总电容为
0.15
μ
F
；火花塞主体材料为
PVC
；实验中电容组充电电压为
15kV
，高压电源的主要作用就是为电容组充电；触发器主要作用为提供高压脉冲将隔分开关的尖端和连接柱之间的空气电离；隔分开关于电容组以及点火塞相连，有...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵焕娟，刘学荣，王悦，庞磊，蒋慧灵，康会峰，钱新明，王晓光，宋大钊，滕宏辉，刘振翼，袁梦琦，黄志安，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：