一种高精度背景气体混合装置及方法

本发明涉及一种背景气体混合装置及方法，属于高背压试验。

背景技术：

1、定容弹试验是一种在高压背景气体环境中进行的实验，用于研究喷雾或燃烧过程中的燃料物化特性以及热力学性质。在实验中，需要将燃料与氧气或其他氧化剂混合以制备燃料混合物，而背景气体则用于维持定容弹内的压力。常规用于维持定容弹的气体通常使用惰性气体，如氮气等。在提供燃烧环境压力的同时，不参与燃烧。目前，为了定容弹达到实验要求的背景压力，常用的方法包括使用高压氮气瓶通入氮气、使用压缩空气系统、或者使用液氮通入气体的方法。这些方法可以增加背景气体压力，实现气体混合的目的，但在实验和工业生产中具有较高的危险性，主要表现有：作为一种增加背景气体压力的方法，当背景气体压力增加到一定程度时，定容弹可能承受不住压力，导致突然破裂，甚至发生爆炸。这种情况会对操作人员和实验室环境造成极大的危害；其次高背景压力会对定容弹视窗透明性产生影响，当背景气体压力增加时，定容弹内的气体密度也会增加，从而影响视窗的透明度，此时，视窗可能不够清晰，难以观察到反应过程中的变化，这种情况加剧了背景气体充入的危险性。

2、因此，亟需提出一种高精度背景气体混合装置及方法，以解决上述技术问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了解决定容弹在内部气体混合时压力过高影响安全的问题，提供一种高精度背景气体混合装置及方法，在下文中给出了关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。

2、本发明的技术方案：

3、一种高精度背景气体混合装置，包括气源、阀门、控制器、压力传感器和定容弹，气源通过阀门与定容弹的气源入口连接，定容弹内设置有压力传感器，阀门、压力传感器均与控制器电性连接。

4、优选的：气源为高压气瓶，阀门为电磁阀。

5、优选的：气源的数量为两个，每个气源出口均设置有阀门。

6、优选的：一个气源内为n2或ar，另一个气源内为ar或sf6。

7、一种高精度背景气体混合方法，采用所述的一种高精度背景气体混合装置，包括以下步骤：

8、步骤一：计算得到混合气体的具体成分的质量，进而计算出各个气体的压强；

9、步骤二：将计算过程复刻为程序下载到控制器中，控制器控制一个电磁阀开启，充入一个气源内的气体b，另一个电磁阀仍为关闭状态；

10、步骤三：压力传感器监测定容弹内的压力达到压力值p2，并将信号反馈至控制器，关闭一个电磁阀，开启另一个电磁阀，冲入另一个气源内的气体c，压力传感器监测定容弹内的背景气体a压力达到混合压力值p总，并将信号反馈至控制器，另一个电磁阀关闭。

11、优选的：步骤一中，计算过程为：

12、假设实验要求背景气体a压力为p1，对应的物质量为n1，摩尔质量为m1，质量为m1；待掺混气体b气体压力为p2，所对应的物质量为n2，摩尔质量为m2，质量为m2；待掺混气体c气体压力为p3，所对应的物质量为n3，摩尔质量为m3，质量为m3；

13、p1v＝n1rt

14、p2v＝n2rt

15、

16、

17、根据理想气体状态方程得到待掺混气体b的物质量n2，进而由掺混气体密度与实验要求高压工况所对应的气体密度一致，得到待掺混气体c的物质量n3；

18、m1＝n1m1

19、m2＝n2m2

20、

21、

22、进而由气体理想状态方程得到待掺混气体各自对应的气压；

23、

24、p3v＝n3rt

25、

26、p总＝p2+p3

27、优选的：p总≤p1。

28、本发明具有以下有益效果：

29、本发明通过对标高低压的工况的气体密度，使用高密度的气体混合，从而降低背景气体压力，保障实验的安全性；

30、本发明通过公式计算，是将实验所需的高背压转化为物质量，根据物质量计算得出待掺混的气体物质量，再由理想气体状态方程计算出对应的气压，对分次注气的实际操作起理论支撑作用，操作更加安全；

31、本发明的装置适应性强，采用分次注气，以实现气体物质量的准确控制，精度高。

技术特征：

1.一种高精度背景气体混合装置，其特征在于：包括气源(1)、阀门(2)、控制器(3)、压力传感器(4)和定容弹(5)，气源(1)通过阀门(2)与定容弹(5)的气源入口连接，定容弹(5)内设置有压力传感器(4)，阀门(2)、压力传感器(4)均与控制器(3)电性连接。

2.根据权利要求1所述的一种高精度背景气体混合装置，其特征在于：气源(1)为高压气瓶，阀门(2)为电磁阀。

3.根据权利要求2所述的一种高精度背景气体混合装置，其特征在于：气源(1)的数量为两个，每个气源出口均设置有阀门(2)。

4.根据权利要求3所述的一种高精度背景气体混合装置，其特征在于：一个气源(1)内为n2或ar，另一个气源(1)内为ar或sf6。

5.一种高精度背景气体混合方法，其特征在于：采用权利要求1-4任一项所述的一种高精度背景气体混合装置，包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的一种高精度背景气体混合方法，其特征在于：步骤一中，计算过程为：

7.根据权利要求6所述的一种高精度背景气体混合方法，其特征在于：p总≤p1。

技术总结
本发明涉及一种高精度背景气体混合装置及方法，属于高背压试验技术领域。定容弹在内部气体混合时压力过高影响安全的问题。包括气源、阀门、控制器、压力传感器和定容弹，气源通过阀门与定容弹的气源入口连接，定容弹内设置有压力传感器，阀门、压力传感器均与控制器电性连接。本发明通过对标高低压的工况的气体密度，使用高密度的气体混合，从而降低背景气体压力，采用分次注气，以实现气体物质量的准确控制，精度高，保障实验的安全性。

技术研发人员：董全,沈坤,樊旭,夏天峰
受保护的技术使用者：哈尔滨工程大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16