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申请/专利权人：南京工业大学

摘要：本发明多参数影响下高活性可燃气体高压泄漏扩散特性与燃爆影响机制测试装置及技术，属于石化企业安全领域。包括高压泄漏及燃爆系统、泄爆系统、可燃气体排放系统、可燃气体燃烧系统、气体浓度采集系统、环境温度调控系统、湿度调节系统、点火系统、供气系统、压力采集系统、温度采集系统、湿度采集系统、高速红外采集系统、图像采集系统、水浴加热\降温系统等。采用高活性可燃气体高压泄放与燃爆装备实现多参数影响下可燃气体高压泄放扩散特性与燃爆影响机制研究。发明创造通过研究多参数影响下高活性可燃气体高压泄放扩散动力学特性与燃爆影响机制实验装置及技术方法，填补了可燃气体高压泄放扩散动力学特性与燃爆机制测试装置及技术的空白。

主权项：1.多参数影响下高活性可燃气体高压泄放扩散特性与燃爆影响机制测试装置，其特征在于，包括：高压泄漏及燃爆系统、泄爆系统、可燃气体排放系统、可燃气体燃烧系统、气体浓度采集系统、环境温度调控系统、湿度调控系统、点火系统、供气系统、压力采集系统、温度采集系统、湿度采集系统、高速红外采集系统、图像采集系统、纹影采集系统、水浴加热\降温系统、同步控制器、程序控制与数据采集系统；程序控制与数据采集系统结合同步控制器，分别与泄爆系统、可燃气体排放系统、可燃气体燃烧系统、气体浓度采集系统、环境温度调控系统、点火系统、压力采集系统、温度采集系统、湿度采集系统、高速红外采集系统、图像采集系统、纹影采集系统连接；所述高压泄漏及燃爆系统由可视化承压容器1、可视化窗口19、法兰接头47、泄放管道48组成；可视化承压容器1为方形容器结构，前后安装可视化窗口19并通过螺栓与其连接；法兰接头47和泄放管道48分别安装于可视化承压容器1的左右两边侧壁；通过可视化承压容器1的可视化窗口，实现对高压可燃气体泄漏扩散、自燃与点火燃爆过程的可视化研究；包括：1在泄漏扩散方面：采集流场微观结构、流场流动特性、压力梯度分布；研究泄漏扩散、欠膨胀和高压射流状态下的流场流动特征及射流运动特征，通过多种泄漏条件：气体种类、压力、流速、温度；和泄漏参数：泄漏口的孔径、形状、尺寸；对可燃气体泄漏扩散、欠膨胀和高压射流流场流动特征与泄漏参数的影响机制及规律，揭示可燃气体泄漏扩散、欠膨胀和高压射流过程中压力场、速度场、温度场和密度场的耦合作用影响机制及机理；2在自燃方面：采集高压泄放自燃点火及火焰形态的演变发展过程，管口火焰演变为管外射流火焰发展过程；密度场和温度场的发展演变过程；通过研究多影响参数：管道形状、管径尺寸、管道长度、泄放环境温度、气体温度、压力、接口形状、湿度；在多影响参数下可燃气体自燃的发生规律及对燃爆流场参数的影响规律，揭示高压泄放可燃气体自燃机制及影响规律；3在点火燃爆时，采集火焰形态的发展与演变过程、爆炸流场的微观形貌结构、爆炸流场的温度分布随时间演变过程，实现多种工况条件：气体种类、压力、流速、温度、氧气量、湿度、环境温度、点火位置及泄漏口径、形状、尺寸，对点火电极引燃可燃气体燃爆特性的影响规律及机制；所述泄爆系统由泄爆装置15、高压气体储罐39、单向气动控制阀36、高精度压力表37、高精度温度仪表38和泄放管道48组成；泄爆装置15与泄放管道48连接，泄放管道48通过螺栓连接固定于可视化承压容器1的右侧，泄放管道48通过单向气动控制阀36与高压气体储罐39相连；高压气体储罐39用于储存单相可燃气体或储存预混罐43配比后的预混气体，通过单向气动控制阀36以及泄放管道48泄放到可视化承压容器1内；通过调控高压气体储罐39内部压力，实现对泄漏压力的调控；通过控制阀调节器41调控单向气动控制阀36的气体的开启与关闭；可视化承压容器1左下侧通过球阀与空气压缩机23相连，实现泄放时初始压力的调控以及对燃烧后产物的吹扫，实现外界新鲜空气与内部产物的置换；可视化承压容器1左下侧通过球阀与第一真空泵24-1相连，使其内部达到设定的真空度，调控泄放时初始压力；高压气体储罐39下方通过球阀与第二真空泵24-2相连，使其内部达到预混气体所需真空度；爆破片破裂所需时间如计算公式（1.2）所示： （1.2）其中，t为爆破片完全破裂所需的时间，k为常数（0.91-0.93），𝜌为爆破片的材质密度，𝑏为爆破片的厚度，d为爆破片直径，p为激波管中压力即高压氢气泄放实验中储罐的存储压力；所述供气系统由氢气气瓶、氧气气瓶、甲烷气瓶、氮气气瓶，高压气体储罐39、预混罐43和数显压力表42组成；通过在预混罐43顶端安装数显压力表42测定其内部预混气体压力；氧气气瓶和氮气分别通过管路连接到可视化承压容器1上；氮气用于实验完成后对可视化承压容器1内残余可燃气体进行吹扫；氢气气瓶和甲烷气瓶分别通过管路连接到预混罐43，将单独或混合后的气体，输送到高压气体储罐39；氧气气瓶为可视化承压容器1提供氧气，实现多参数影响下不同氧气浓度对可燃气体燃爆最小点火能量及燃爆火焰传播特性的影响研究；通过供气系统调控预混气体的物性参数实现多种参数对不同种类的高活性可燃气体高压泄漏扩散过程压力场、密度场和速度场气体扩散特征的影响研究；通过调控气体种类、浓度、配比，实现预混气体自燃与电极点火特性及火焰形态发展演变过程与转变机制的研究；氢气泄漏速率计算公式见（1.1）所示： （1.1）式中：Q为气体泄漏速率，kgs；P为管内介质压力，Pa；K为气体绝热系数，对于氢气K＝1.41；Ｍ为气体摩尔质量，gmol；Ｚ为压缩因子，取值为1；R为理想气体常数，R＝8.314J（kmol·Ｋ）；T为气体温度，K；Cd为流量参数；A为泄漏孔面积，m2；所述纹影采集系统由纹影仪33、高速摄像机26、同步控制器45和程序控制与数据采集系统46组成；通过纹影采集系统对可燃气体泄漏至可视化承压容器1中流场湍流流动、高速射流扩散及欠膨胀结构的微观流场发展与演变过程进行捕捉，通过高速纹影系统对点火电极引燃泄漏扩散气体燃爆与自燃火焰转变为管外射流火焰的微观流场形貌转变过程进行捕捉；利用高速纹影法，通过不同压力比和气体种类对射流马赫盘位置的影响，得到如下经验公式（1.3）： （1.3）式中：Zm为马赫盘距出口距离，de为泄漏口直径，P0为滞止压力，为环境压力，C为比例系数，取值范围为0.65~0.67。

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百度查询： 南京工业大学 多参数影响下高活性可燃气体高压泄放扩散特性与燃爆影响机制测试装置及方法