基于割距积分的波纹阻火器孔隙尺寸与火焰参数关联模型的制作方法

发明属于机械产品设计及设备安全领域，主要涉及一种波纹板阻火器阻火芯孔隙通道结构设计方法及一种火焰速度、温度与波纹板阻火芯孔隙通道长度、高度之间的关联模型。

背景技术：

在煤矿瓦斯的开采及输送过程中，阻火器广泛应瓦斯储存及输送管线上。当输送可燃气体的管道中气体意外被引燃，气体火焰可能传播到整个管网甚至产生爆炸，进而导致人员伤亡和经济损失，为了避免火焰传播至整个管网应在管道中安装阻火器。气体火焰在管网中传播时，爆炸压力及高速火焰会对阻火器造成严重破坏，进而导致阻火失败，因此研究一种对爆炸压力和高速火焰能够有效抑制的阻火器具有重要意义。

对于波纹板阻火器阻火芯的设计，现行方法主要是利用经典传热学理论进行计算，但由于管道内瓦斯爆轰速度高、波纹板阻火芯厚度小，因此爆轰火焰通过阻火芯孔隙的时间极短，所以计算过程中往往把传热过程当成静态传热，忽略了火焰传播过程中温度及速度的动态变化过程，而且现有波纹板阻火器结构设计公式中，只考虑火焰速度对波纹板阻火芯孔隙结构的影响而未考虑火焰温度对其结构的影响，因此计算结果往往不够准确。

技术实现要素：

本发明旨在提出一种新的波纹板阻火芯孔隙通道结构设计方法及火焰在波纹板阻火芯孔隙通道内动态传热表征模型，更直观、更准确的反应波纹板阻火器阻火时火焰温度、速度的变化过程。

将整个波纹板孔隙通道等长划分成若干小段，利用传热学理论分别计算每一部分的火焰通过后的热量损失，然后对整个通道传热进行积分，得到整体传热量，然后利用空隙通道内火焰速度、温度与传热量之间的关系，得到火焰速度、温度与波纹板孔隙通道长度、高度之间的关联模型。

附图说明

图1为波纹板阻火器阻火芯结构示意图。

图2为波纹板阻火器阻火芯单个孔隙通道划分示意图。

具体实施方式

步骤1：波纹板阻火器的阻火芯是由一层平带和一层波纹板交替叠加而成的，如图1所示，其孔隙通道高度h、长度l，等腰三角形孔隙通道顶角为θ，波纹板板带厚度为δ，平带厚度与波纹板板带厚度相同。

将单个孔隙通道等长划分为若干小段，每小段长度为l，并将进入通道内的火焰处理成与孔隙通道内三角形状及尺寸等同的长度为δx的火焰团，如图2所示，首先利用经典传热学理论写出火焰团通过每一小段孔隙通道的传热量δqm与孔隙通道进出口温差δtm、单小段孔隙通道内部金属表面积之和al及波纹板板带厚度δ之间的关系式：计算火焰通过每一小段的传热量δqm：

m=1、2、3……代表第m段，m=1时，热量来源为初始火焰团，m=2、3、4……时，热量来源为前一小段出口处的火焰团。

步骤2：令l→0且δx＜l，对整个孔隙通道的传热进行积分，得到火焰团通过整个孔隙时的总传热量：

步骤3：根据传热学理论计算火焰团通过整个孔隙通道后的热量损失量，令该热量损失量与传热量相同，将其中与火焰速度和温度有关的参数用火焰速度及温度进行转换，并用l、h及θ计算al及孔隙通道截面积a，在波纹板阻火器设计之前，通常需要预先设定板带厚度δ及三角形孔隙顶角θ，所以δ及θ便可作为常数处理，因此通过以上推导便可得到火焰速度、温度与波纹板孔隙通道长度、高度之间的关联模型：

其中v1、t1为火焰进入孔隙通道时的速度和温度，v2、t2为火焰出孔隙通道时的速度和温度。

技术特征：

技术总结
本发明针对现有波纹板阻火器阻火芯孔隙通道结构设计过程中，火焰传热的计算利用经典静态传热学理论计算，不能体现孔隙通道内传热过程中火焰温度、速度的变化，而且现有波纹板阻火器结构设计公式中，只考虑火焰速度对波纹板阻火芯孔隙结构的影响而未考虑火焰温度对其结构的影响，从而造成计算结果不准确的问题，提出一种基于割距积分的波纹板阻火器阻火芯孔隙通道结构尺寸计算方法，通过该方法，计算过程中可以体现出火焰在阻火芯孔隙通道内传播过程中温度与速度的瞬态变化过程，并且通过该方法推导得到了火焰速度、温度与波纹板孔隙通道长度、高度之间的关联模型，为波纹板阻火器阻火芯结构设计提供新方法。

技术研发人员：龙伟;郭帅帅;岳建平
受保护的技术使用者：四川大学
技术研发日：2019.06.18
技术公布日：2019.10.01