可视化可燃物质爆炸化学链式反应过程测试装置的制作方法

本实用新型涉及一种气体爆炸领域中，用来研究测量可燃固体粉末、可燃气体、可燃液体的爆炸特性及参数，以及研究气体、液体、固体多相混合爆炸特性的装置，尤其涉及一种可视化可燃物质爆炸化学链式反应过程测试装置。

背景技术：

现今国际社会普遍使用的爆炸装置为20l球形爆炸装置，主要包括20l球形密闭装置主体、配气配粉排气系统、点火系统、实验数据采集系统以及主控制系统，其中球形爆炸装置主体主要由带水冷夹套的双层不锈钢球体构成，它为该测试系统的关键部分。点火系统安装在装置的上端，点火电极可伸入装置内部到达几何中心位置进行火花放电点火。装置侧壁上设有多个传感器安装孔，可分别安装压力传感器和温度传感器，传感器获得的信号经过信号处理器的处理进入数据采集系统。数据采集系统对采集到的信号做进一步的补偿还原处理，得到真实的压力温度信号，并传给输出设备(显示、存储或打印)。主控制系统是用来控制系统进气、触发采样、开阀喷粉、点火过程的。

准确的实验室测试数据有助于选择防止可燃物质爆炸的方法以及相应的保护措施，将可燃物质爆炸的灾害降低到可控的范围内。不过，目前，国内外在爆炸装置的设计上均有大量的研究和实践，虽满足了一定的技术功能要求，但还不够全面，结果仍不理想，并有很多不完善的地方，不能够向研究人员提供可燃固体粉末、可燃气体、可燃液体爆炸研究的更为全面的数据及信息，比如爆炸火焰的图像信息、爆炸中间产物的数据信息、固体粉末的均匀分布、液体分散等功能，特别是在实践爆炸气体的快速采样分析、气体固体液体多相混合爆炸方面，仍有很大的提高和发展空间。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种更完备、更可靠的可视化可燃物质爆炸化学链式反应过程测试装置。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：

本实用新型的可视化可燃物质爆炸化学链式反应过程测试装置，包括爆炸火焰拍摄系统、自由基测试系统、点火系统、循环水冷却系统、温度控制及保温系统、压力控制及监测系统、数据采集系统及主控制系统、爆炸气体快速采样系统、二次脉动雾化配气配液系统、固体粉末喷射系统和装置主体，所述装置主体包括球形壳体；

所述的爆炸火焰拍摄系统包括设于所述球形壳体上的超大石英玻璃光学视窗，所述超大石英玻璃光学视窗上方设有高速摄像机，所述高速摄像机与所述数据采集系统相连；

所述循环水冷却系统包括设于所述球形壳体上的循环水入口和循环水出口；

所述温度控制及保温系统包括温度传感器、温控仪、电加热带，所述温度传感器固定在所述球形壳体内壁，通过温控仪与数据采集系统相连，所述电加热带设置有继电器，缠绕在所述球形壳体外壁；

所述压力控制及监测系统包括压力传感器、压力表和安全阀，所述压力传感器固定在所述球形壳体内壁，并与数据采集系统相连，所述压力表、安全阀安装在所述球形壳体右上方；

所述数据采集系统及主控制系统包括数据采集装置、计算机plc控制器。

由上述本实用新型提供的技术方案可以看出，本实用新型实施例提供的可视化可燃物质爆炸化学链式反应过程测试装置，可以实现爆炸火焰的拍摄、爆炸中间产物的测试、爆炸气体的快速采样分析、气体固体液体多相混合爆炸、固体如粉末在爆炸球装置内整个空间的均匀分布、液体分散、有效控制装置的初始温度和内部压力以及装置保温等功能，从而为研究人员提供更为全面的实验数据及信息。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的可视化可燃物质爆炸化学链式反应过程测试装置的主视结构示意图。

图2为本实用新型实施例提供的可视化可燃物质爆炸化学链式反应过程测试装置的左视结构示意图。

图3为本实用新型实施例提供的可视化可燃物质爆炸化学链式反应过程测试装置的剖面示意图。

图4为本实用新型实施例提供的可视化可燃物质爆炸化学链式反应过程测试装置的点火系统示意图。

图中：

1-半导体激光点火系统；2-密封盖；3-循环水入水口；4-温控仪；5-可视窗口；6-高速相机；7-排气口(抽真空口)；8-真空表；9-电磁阀；10-电磁阀；11-电磁阀；12-粉尘仓；13-支架；14-循环水出水口；15-安全阀；16-压力表；17-导气口；18-气动快速阀；19-密封驱动气体的电磁阀；20-主控制系统；21-小气室；22-电磁阀；23-隔爆型火焰传感器；24-温度传感器；25-压力传感器；26-球形喷雾室；27-压力传感器；28-气液输送管段；29-抗爆搅拌器；30-粉尘扩散器；31-球形壳体；32-分散阀；33-化学点火杆；34-半导体激光点火头；35-电火花点火头；36-电火花点火杆。

具体实施方式

下面将对本实用新型实施例作进一步地详细描述。本实用新型实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

本实用新型的可视化可燃物质爆炸化学链式反应过程测试装置，其较佳的具体实施方式是：

包括爆炸火焰拍摄系统、自由基测试系统、点火系统、循环水冷却系统、温度控制及保温系统、压力控制及监测系统、数据采集系统及主控制系统、爆炸气体快速采样系统、二次脉动雾化配气配液系统、固体粉末喷射系统和装置主体，所述装置主体包括球形壳体；

所述的爆炸火焰拍摄系统包括设于所述球形壳体上的超大石英玻璃光学视窗，所述超大石英玻璃光学视窗上方设有高速摄像机，所述高速摄像机与所述数据采集系统相连；

所述循环水冷却系统包括设于所述球形壳体上的循环水入口和循环水出口；

所述温度控制及保温系统包括温度传感器、温控仪、电加热带，所述温度传感器固定在所述球形壳体内壁，通过温控仪与数据采集系统相连，所述电加热带设置有继电器，缠绕在所述球形壳体外壁；

所述压力控制及监测系统包括压力传感器、压力表和安全阀，所述压力传感器固定在所述球形壳体内壁，并与数据采集系统相连，所述压力表、安全阀安装在所述球形壳体右上方；

所述数据采集系统及主控制系统包括数据采集装置、计算机plc控制器。

所述的自由基测试系统包括设于所述球形壳体内壁的隔爆型火焰传感器，所述隔爆型火焰传感器与光纤光谱仪连接，所述光纤光谱仪与数据采集系统连接。

所述的点火系统包括半导体激光点火装置、电火花点火装置和化学点火装置；

所述半导体激光点火装置包括保险装置、驱动器、激光二极管、光纤连接器、激光点火头；

所述电火花点火装置包括点火控制器、电火花点火杆、点火线圈、火花塞、电火花点火头；

所述化学点火装置包括化学点火杆、化学点火头。

所述的爆炸气体快速采样系统包括导气口，所述导气口连接有气动快速阀和充放气装置，所述气动快速阀与多个小气室相连，所述多个小气室与色谱仪相连，所述色谱仪与数据采集系统相连，所述充放气装置与主控制系统连接。

所述的充放气装置包括密封驱动气体的电磁阀，所述密封驱动气体的电磁阀与所述气动快速阀的先导孔连接，所述密封驱动气体的电磁阀与主控制系统连接。

所述的二次脉动雾化配气配液系统包括空压机、电磁阀、储气室、储液室、气液输送管段、球形喷雾室，所述球形喷雾室罩于半球型多孔喷头内，所述球形喷雾室内部装有多孔空心小球。

所述的固体粉末喷射系统包括空压机、电磁阀、粉尘仓、分散阀、粉尘扩散器。

所述的装置主体为20l球形双层40crmo钢结构，包括密封盖、抗爆炸叶片式搅拌单元、排气口以及底座；

上述的可视化可燃物质爆炸化学链式反应过程测试装置实现可视化可燃物质爆炸化学链式反应过程测试的方法，包括：

通过二次脉动雾化配气配液系统和固体粉末喷射系统向装置内注入实验所需可燃气体、可燃液体和可然固体粉末，从而实现多相混合爆炸；

使用不同的点火方式可以满足不同反应物、不同位置的点火需求；

通过高速摄像机对爆炸反应过程进行实时拍摄，获取实时图像数据信息；

爆炸反应过程中，火焰传感器传出的光线通过聚焦透镜汇聚到光纤光谱仪的狭缝处，再通过光栅衍射作用将不同波长的光线会聚到增强电荷耦合元件上，通过计算机读取光谱数据得到火焰发射光谱的强度分布，即测量爆炸过程中自由基发射光谱，对爆炸中间产物的自由基进行测试，获取爆炸中间产物更全面的数据信息；

通过爆炸气体快速采样系统采集爆炸产生的气体，并通过色谱仪分析气体性质，实现爆炸气体的快速采样分析；

通过所述各系统的协调作用，通过对比分析爆炸反应前后及过程中爆炸火焰、反应温度、反应压力、爆炸中间产物自由基、爆炸气体等的变化情况，定性定量研究可燃物质爆炸化学链式反应过程的机理及特性。

测试过程中：

火焰传感器传出的光线通过聚焦透镜汇聚到光纤光谱仪的狭缝处，再通过光栅衍射作用将不同波长的光线会聚到增强电荷耦合元件上，通过计算机读取光谱数据得到火焰发射光谱的强度分布，即测量爆炸过程中自由基发射光谱，对爆炸中间产物的自由基进行测试，获取爆炸中间产物更全面的数据信息；

通过所述充放气装置向阀体内充入一定压力的驱动气体，所述驱动气体包括氮气，将阀芯顶在密封锥面上即关闭位置，以密封球形装置的导气口，打开所述充放气装置将阀体内的驱动气体迅速放掉，当阀腔内驱动气体的压力降至一定值时，阀芯就在球形装置内部爆炸气体的推动下快速运动，阀门打开，这时球形装置内部的爆炸气体就通过导气口、阀芯，流经限流喉道进入小气室，采集到的气体通过小气室与色谱仪相连，实现对爆炸气体的快速采样分析；

空压机将可燃气体带入储液室，储液室上有液体注入孔，通过液体注入孔向储液室注入可燃液体，高压气体的首次脉动作用将连续性液体从储液室携出，以不同的气液流速进入气液输送管段后形成环形液膜，随后进入球形喷雾室，环形液膜在气体扩张作用下沿球形壁面流动，扩张后的中心气柱一部分进入多孔空心小球，并通过其表面小孔排出形成高压气体的第二次脉动，另外一部分气体形成气旋作用于液膜内侧，最后喷雾室内壁的液膜在二次脉动及内侧气旋多角度作用下沿球型喷雾室表面多个喷孔分散喷出，形成二次雾化；

空压机产生的高压气体将粉尘仓中的可燃固体粉末携带进粉尘扩散器，经粉尘扩散器喷射至装置内部，经抗爆搅拌器搅拌与可燃气体、可燃液体均匀分布于装置内部，实现可燃气体、可燃液体、可燃固体粉末多相混合爆炸。

本实用新型的可视化可燃物质爆炸化学链式反应过程测试装置，可以实现爆炸火焰的拍摄、爆炸中间产物的测试、爆炸气体的快速采样分析、气体固体液体多相混合爆炸、固体如粉末在爆炸球装置内整个空间的均匀分布、液体分散、有效控制装置的初始温度和内部压力以及装置保温等功能，从而为研究人员提供更为全面的实验数据及信息。

可以了解清楚爆炸过程的各种信息，从而获得抑制链式反应过程的理论信息，为抑制爆炸和减少爆炸人员伤亡及损失提供充分的理论基础。

本实用新型中：

可视化可燃物质爆炸化学链式反应过程测试装置具体包括球形壳体，所述球形壳体为双层40crmo钢结构，所述球形壳体上设有压力表、安全阀、循环水入口、循环水出口、观察窗、抽真空口(排气口)、真空表、导气口以及压力传感器和温度传感器。

所述球形壳体顶端部位设有密封盖，一侧有压力表和安全阀，半导体激光点火头和电火花点火头以及化学点火头伸入球形壳体内部可进行多位置点火。

所述球形壳体内部设置有抗爆炸叶片式搅拌单元，通过搅拌可以使可燃固体粉末和气体均匀分布整个空间，使可燃液体云雾分散。

所述球形壳体观察窗为超大石英玻璃光学视窗，窗口上方安装高速相机，高速相机与数据采集系统相连，数据采集系统进行处理后将图片信息传给输出设备。

所述球形壳体上配置隔爆型火焰传感器，并与光纤光谱仪相连接，以对爆炸中间产物的自由基进行测试，获取爆炸中间产物的更全面的数据信息。

所述球形壳体外缠上合适功率的电加热带，通过电加热带直接给球形爆炸室传递热量，在电加热带上覆盖上矿棉，用矿棉的隔热性来给装置保温，避免热量的散失。

所述球形壳体上和所述储气室上分别安装可反馈压力变化信号的压力变送器，一端用压力显示仪表显示出来，另一端输入plc，利用plc的数模转换功能和调节功能，实现对储气室和爆炸容器的压力控制。

所述温度传感器与温控仪相连接，继电器控制电加热带开关，从而控制装置的温度及初始温度。

所述真空表通过电磁阀与球形装置相连，粉尘仓通过分散阀与粉尘扩散器相连，所述粉尘扩散器连接球形装置内部，所述粉尘仓通过电磁阀与空压机相连接。

所述空压机通过单向阀与储气室相连，储气室通过电磁阀与储液室相连，储液室上有液体注入孔，通过液体注入孔向储液室注入实验液体。储液室连接气液输送管段，气液输送管段与球形喷雾室相连，球形喷雾室内有多孔空心小球，整个球形喷雾室罩于半球形喷头之中，半球形喷头处于球形爆炸装置右下方。

所述抽真空口即排气口与真空表和导气管相连，所述导气管与真空泵相连。

所述导气口与气动快速阀相连，气动快速阀连接多个小气室，以及充放气装置，通过充放气装置向阀体内充入一定压力的驱动气体如氮气，将阀芯顶在密封锥面上即关闭位置，以密封球形装置的导气口。打开充放气装置将阀体内的驱动气体迅速放掉，当阀腔内驱动气体的压力降至一定值时，阀芯就在球形装置内部爆炸气体的推动下快速运动，阀门打开，这时球形装置内部的爆炸气体就通过导气口、阀芯，流经限流喉道进入小气室。

所述充放气装置包括控制系统和电磁阀，电磁阀连接气动快速阀阀体，控制系统向密封驱动气体的电磁阀发出指令，电磁阀按设定时间快速打开，通过控制电磁阀的开启时间就可控制气动快速阀的开启时间，完成爆炸气体的快速采集，采集到的气体通过小气室与色谱仪相连，实现对爆炸气体的快速采样分析。

具体实施例：

图1至图4示出了本实用新型实施例的一种可视化可燃物质爆炸化学链式反应过程测试装置，装置主体是20l球形爆炸罐，爆炸罐外部正上方连接半导体激光点火装置和电火花点火装置以及化学点火装置，球罐内部下方有搅拌器，可以使粉末均匀分布整个空间，可燃液体分散，搅拌器下方有粉尘扩散器，用于将粉尘均匀喷射到爆炸罐内部，粉尘扩散器通过管路与粉尘仓相连通。粉尘仓通过电磁阀与空压机相连接，储气室通过电磁阀与储液室相连，空压机将可燃气体带入储液室，储液室上有液体注入孔，通过液体注入孔向储液室注入可燃液体。储液室连接气液输送管段，气液输送管段与球形喷雾室相连，球形喷雾室内有多孔空心小球，整个球形喷雾室罩于半球形喷头之中。高压气体的首次脉动作用将连续性液体从储液室携出，以不同的气液流速进入气液输送管段后形成环形液膜；随后进入球形喷雾室，环形液膜在气体扩张作用下沿球形壁面流动，扩张后的中心气柱一部分进入多孔空心小球，并通过其表面小孔排出形成高压气体的第二次脉动，另外一部分气体形成气旋作用于液膜内侧；最后喷雾室内壁的液膜在二次脉动及内侧气旋多角度作用下沿球型喷雾室表面多个喷孔分散喷出，形成二次雾化，以实现气体液体固体多相混合爆炸。球形爆炸装置上设有排气孔，排气孔穿过球形爆炸装置的外壁，与装置内部相连通，排气孔连接真空表和导气软管，导气管与真空泵相连，用于实验结束后进行内部压力释放。球形壳体左上方设有导气口，导气口与气动快速阀相连，气动快速阀连接多个小气室以及充放气装置，小气室与色谱仪相连，用于爆炸气体的快速采样分析。球形壳体上设有观察窗，用于观察装置内部的爆炸反应情况，观察窗上方设置有高速摄像机，高速摄像机与数据采集系统相连，用于获取爆炸火焰的图像信息。隔爆型火焰传感器与光纤光谱仪相连接，以对爆炸中间产物的自由基进行测试，获取爆炸中间产物的更全面的数据信息。

可视化可燃物质爆炸化学链式反应过程测试装置的外壳为双层机构，分为内层和外层，双层结构内部为一空腔，空腔内部使用循环热水形成热水浴层，从循环水入口进入，循环水出口出，用于给装置保温。安全阀和压力表位于球形装置壳体上端，控制装置压力不超过规定压力值，球形装置内壁上设有压力传感器，用于测量球形爆炸装置的内部压力，压力变送器与数据采集系统相连，将测得的压力值传输到计算机上，和压力表、安全阀相辅相成，实现对球形爆炸装置的压力控制。温度传感器位于球形装置外层的空腔内部，与温控仪相连，用于控制球形装置的温度包括初始温度。此外，球形爆炸装置外壁上缠绕合适功率的电加热带，继电器控制电加热带开关，通过电加热带直接给球形爆炸室传递热量，在电加热带上覆盖上矿棉，用矿棉的隔热性来给装置保温，避免热量的散失。

综上可见，本实用新型实施例可以较好地完善现有爆炸装置的功能缺陷，从而为研究人员提供可燃固体粉末、可燃气体、可燃液体爆炸研究的更为全面的数据及信息。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。