一种火爆毒灾害环境模拟实验系统的制作方法

本发明涉及灾害环境模拟系统领域，尤其是一种火爆毒灾害环境模拟实验系统。

背景技术：

危化品生产、储存、运输、使用过程中，由于人的不安全行为、物的不安全状态以及不可抗的环境因素，容易发生危化品泄露事故。若危化品自身具有可燃性的特点，泄露过程中极易形成火灾、爆炸、有毒物质的复合灾害环境。

清华大学合肥公共安全研究院公开的一种火灾环境中人体烧伤死亡风险评估系统及方法(申请号：cn201610298559.6)；中国人民解放军第三军医大学第三附属医院公开的用于爆炸冲击波环境下的体外人工鼓膜测试装置(申请号：cn201120063412.1)。以上系统与方法用于研究单一灾害环境下人体损伤机理及伤害严重程度评估。

现有的个体防护技术基于单因素致伤机理的研究，不能满足复合灾害环境下个体防护需求。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术存在的不足，为此，本发明提供一种火爆毒灾害环境模拟实验系统。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种火爆毒灾害环境模拟实验系统，包括设置在管路一端的爆炸冲击波发生装置、设置在管路中部的火灾高温发生装置和有毒气体/颗粒环境发生装置，设置火灾高温发生装置和有毒气体/颗粒环境发生装置处的管路作为模拟实验系统的试验段。

优化的，所述管路的尾部设置有消波装置。

优化的，所述管路下方设置有支撑结构，所述支撑结构设置在滑轨上，支撑结构的下端部设置有与滑轨匹配的移动部件。

优化的，所述爆炸冲击发生装置设置在管路的驱动段上，驱动段后方设置被驱动段，驱动段和被驱动段通过夹膜结构连接，所述爆炸冲击波发生装置包括设置在驱动段一端的点火装置、设置在驱动段另一端的夹膜机构和填充在驱动段内的爆炸物料，所述夹膜结构机构内设置有泄爆膜。优化的，所述驱动段上游端通过盲板法兰密封，点火机构设置在驱动段管道上靠近盲板法兰处。优化的，所述被驱动段和试验段之间设置有喇叭状的扩张段，所述驱动段、被驱动段、扩张段靠近被驱动段的一端的内径相同，所述扩张段远离被驱动段的一端的直径大于被驱动段一端的直径。

优化的，所述火灾高温发生装置和有毒气体/颗粒环境发生装置相对设置，所述试验段上设置有辐射板安装法兰和毒气配送法兰，火灾高温发生装置为固定在辐射板安装法兰上的辐射板，有毒气体/颗粒环境发生装置为毒气配送法兰外接的实验用气体补充部件。

优化的，所述试验段后端设置消波段，消波段内部设置消波装置，所述消波装置包括消波板，所述消波板垂直于气流传播方向的设置在消波段内，所述消波板上设置有供气流穿过的多个栅格孔，所述消波板的边缘侧面贴合在消波段的内侧壁。

优化的，所述消波装置还包括固定杆，固定杆的长度方向与气流传播方向平行，所述消波板为多块，多块消波板依次固定在固定杆上。

优化的，固定杆上从靠近试验段的消波板到远离试验段的消波板上的栅格孔直径依次减小。

本发明的优点在于：

(1)本发明提供一种复合性的灾害实验环境，本发明通过在管路上爆炸冲击波发生装置、火灾高温发射装置、有毒气体/颗粒环境发生装置，从而模拟冲击波、有毒物质、高温的混合环境，为研究火爆毒复合灾害环境下的人体损伤机理及个体防护技术需求，为危化品从业人员选用适当的应急装备提供指导，最终达到保护人民生命安全的目的。

(2)消波装置是衰减实验后的气流动量和冲击波能量，避免实验系统的结构被损坏。

(3)冲击波到达消波段最末端时，能量如果还是存在，此时，能量可能带动整个系统在滑轨上运动，从而降低对消波段最末端的损坏。并且由于泄爆膜在每次实验后均需要替换，当拆开夹膜结构后方便驱动段和被驱动段分开，连接时也能保证在一条直线上，方便连接。

(4)夹膜结构中泄爆膜的设置是为了隔离驱动段和其下游管路，可燃气体填充在驱动段内，系统先通过泄爆膜将冲击波的能量储存在驱动段内，当驱动段内压力达到泄爆膜破膜压力时，泄爆膜破裂，所有的能量一起释放，从而在较短时间内获得足够能量的冲击波。

(5)驱动段上游端的端面通过盲板法兰密封，点火机构设置在驱动段官道上靠近密封端面处，点火后爆轰波传播方向和气流传播方向相同，实现前向爆轰驱动，相较于反向爆轰驱动方式，前向爆轰驱动可产生更大超压值，在冲击波及冲击波耦合其他因素致伤实验中具有超压范围更广的优点。

(6)泄爆膜破裂后，产生冲击波的化学反应可能还未结束，被驱动段内爆炸物料一边反应，生成的冲击波继续传播，冲击波的能量持续增大。驱动段和被驱动段的直径少于试验段的直径，单位体积内的能量较大，这样可以减少冲击波到达设定值的时间。

(7)直接在试验段处设置火灾高温发生装置和有毒气体/颗粒环境发生装置，这样温度和有毒气体/颗粒浓度不会因为传输而改变数值，保证了数据的准确性。

(8)消波板上通过设置多个栅格孔来起到消波的作用。

(9)消波装置通过固定杆上设置多个消波板，并且多个消波板上的栅格孔直径逐渐减小，来逐级的降低冲击波的能量。

附图说明

图1为本发明一种火爆毒灾害环境模拟实验系统的主视图。

图2为本发明一种火爆毒灾害环境模拟实验系统中驱动段的结构图。

图3为本发明一种火爆毒灾害环境模拟实验系统中辐射板的结构图。

图4为本发明一种火爆毒灾害环境模拟实验系统试验段的剖视图。

图5为本发明一种火爆毒灾害环境模拟实验系统消波装置的结构图。

图6为本发明一种火爆毒灾害环境模拟实验系统消波板的结构图。

图中标注符号的含义如下：

11-驱动段12-被驱动段13-扩张段

14-试验段141-辐射板安装法兰142-毒气配送法兰15-消波段

21-点火机构22-火灾高温发生装置221-辐射板

23-有毒气体/颗粒环境发生装置

241-消波板2411-栅格孔2412-固定孔242-固定杆

25-夹膜结构

3-支撑结构4-滑轨

具体实施方式

如图1所示，一种火爆毒灾害环境模拟实验系统，包括管路，管路依次分成驱动段11、被驱动段12、喇叭状的扩张段13、试验段14、消波段15。所述驱动段11的内径、被驱动段12的内径、扩张段13靠近被驱动段12的一端的内径均相同，扩张段13远离被驱动段12的一端的直径大于被驱动段12一端的直径。驱动段11和被驱动段12通过夹膜结构25连接，所述夹膜结构25内设置有泄爆膜。扩张段13和试验段14、试验段14和消波段15均通过法兰连接，法兰连接处设置有密封圈，从而提高模拟实验的实验环境稳定性。

模拟实验系统还包括设置在驱动段11上的爆炸冲击波发生装置、设置在试验段14上的火灾高温发生装置22和有毒气体/颗粒环境发生装置23、设置在消波段15内部的消波装置，管路下方还设置有支撑结构3，支撑结构3设置在滑轨4上，支撑结构3的下端部设置有与滑轨4匹配的移动部件。在该实施例中，移动部件为滚轮。

爆炸冲击波发生装置、火灾高温发生装置22、有毒气体/颗粒环境发生装置23可单独工作，三者单独工作时，可分别实现爆炸冲击波、火灾高温、有毒气体/颗粒致伤环境。当爆炸冲击波发生装置、火灾高温发生装置22、有毒气体/颗粒环境发生装置23中两者共同工作时，可分别实现火灾高温和爆炸冲击波复合致伤环境、爆炸冲击波和有毒气体/颗粒复合致伤环境及火灾高温和有毒气体/颗粒复合致伤环境。以下对爆炸冲击波发生装置、火灾高温发生装置22、有毒气体/颗粒环境发生装置23、消波装置进行详细描述。

1、爆炸冲击波发生装置

如图1和图2所示，所述爆炸冲击波发生装置包括设置在驱动段11输入端处的点火机构21、设置在驱动段11输出端的夹膜机构210和填充在驱动段11内的爆炸物料。该爆炸物料为根据冲击波大小配置的相应当量比的可燃气体/空气(氧气)混合气体。所述驱动段11上游端的端面为盲板密封法兰，点火机构21设置在驱动段管路上靠近上游端面处，实现向前爆轰驱动方式。当点火机构21设置在驱动段11靠近夹膜结构25端，实现反向爆轰驱动，相较于反向爆轰驱动方式，前向爆轰驱动方式可产生更大超压值，在冲击波及冲击波耦合其他因素致伤实验中具有超压范围更广的优点。

驱动段11为长l1，内径d1，壁厚δ1的圆管，在驱动段11与被驱动段12连接处设置泄爆膜，向驱动段11内充入一定当量比的可燃气体和氧气(空气)，如氢气/氧气(空气)、甲烷/氧气(空气)、氢气/甲烷/氧气(空气)，混合气体被点燃后产生的爆轰波冲破泄爆膜后在被驱动段12内产生冲击波，高压气流通过扩张段13的加速作用于试验段14内的靶物体，构建爆炸冲击波致伤环境。试验段14内冲击波超压大小的调节可通过改变驱动段11内混合气体初始条件(如气体组分、初始压力、初始温度等)和改变驱动段11管道条件(如有无障碍物、障碍物阻塞比、障碍物间距、障碍物个数等)。

2、火灾高温发生装置22和有毒气体/颗粒环境发生装置23

如图1、图3、图4所示，所述火灾高温发生装置22和有毒气体/颗粒环境发生装置23相对设置，所述试验段14上设置有辐射板安装法兰141和毒气配送法兰142，火灾高温发生装置22为固定在辐射板安装法兰141上的辐射板221，有毒气体/颗粒环境发生装置23为毒气配送法兰142外接的实验用气体补充部件。气体补充部件补入的气体为示踪气体/示踪颗粒，在试验段14内布置气体/颗粒浓度传感器监测示踪气体/颗粒的扩散行为，试验段14内有毒气体/颗粒的浓度可通过调节气体/粒子发生器流量的方式实现。其中辐射板安装法兰141上安装辐射板221后，辐射板安装法兰141处的位置为密封状态，在该实施例中，系统还包括耐高温、耐冲击的电缆，辐射板安装法兰141固定辐射板221后，需保证辐射板221在冲击波的超压作用下保持结构和功能完整，还保证模拟实验系统的密闭性。靶物体处温度的调节可通过改变辐射板221发热功率等方式实现。本发明只保护该火爆毒灾害环境模拟实验系统的机械部件所构成的装置或者物理平台，而不涉及其中的控制部分和软件部分。

试验段14主体部分为长l2，内径d2，壁厚δ2的圆管，试验段14和其上设置的火灾高温发生装置22和有毒气体/颗粒环境发生装置23实现火灾高温环境及有毒气体/颗粒环境的构建，在该实施例中，靶物体固定在辐射板安装法兰141和毒气配送法兰142之间。

3、消波装置

如图1、图5、图6所示，所述消波装置包括多块消波板241、固定杆242，所述消波板241垂直于气流传播方向的设置在消波段15内，固定杆242的长度方向与气流传播方向平行，多块消波板241依次固定在固定杆242上，固定杆242通过消波板241中心及边缘的固定孔2412将多层消波板241连接，限制多个消波板241单独的沿固定杆242产生轴向位移和沿消波板241圆周的旋转。所述消波板241上设置有供气流穿过的多个圆形的栅格孔2411，所述消波板241的边缘侧面贴合在消波段15的内侧壁。在该实施例中消波板241为3块。固定杆242上从靠近试验段14的消波板241到远离试验段14的消波板241上的栅格孔2411依次减小。沿气流传播方向栅格孔2411的孔径逐渐减小的优点在于：大孔径消波板241通过面积大，可减少气流反射，避免反射气流对试验段14的干扰；栅格孔2411的孔径逐渐减小可增大气流通过时的阻尼系数，消耗气流能量和动量，降低消波段15下游封闭端面的结构载荷，避免实验系统的结构破坏。

该系统通过前向爆轰驱动的方式产生的爆轰波冲破膜片后，作用于试验段14内的靶物体，构建爆炸灾害环境；火灾高温发生装置22的主体部件为敷设在试验段14靶物体上方的辐射板221；有毒气体/颗粒环境通过试验段14毒气配送法兰142预留孔喷入示踪气体/颗粒实现；模拟实验系统中消波装置采用消波板241，沿气流传播方向布置若干层孔径逐渐减小的消波板241，使高压气流逐层减弱，同时最大程度避免反射气流对试验段14的干扰。

以上仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。