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专利号: 2022102240911
申请人: 江苏海洋大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-05-14
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种易燃液体蒸气‑粉尘混合爆炸实验装置,其特征在于,包括爆炸实验容器、电子点火系统、数据采集系统、进料配气系统、加热温控装置和控制装置;

其中,所述爆炸实验容器包括垂直设置的长方体管道(101)和水平设置的底部管道(102),所述长方体管道(101)的下端与底部管道(102)之间设置有密封隔板(103),所述长方体管道(101)的左右两侧面上均设置有石英玻璃观察窗(104),所述长方体管道(101)的上端设置有泄爆机构(200);

所述泄爆机构(200)包括与长方体管道(101)上端相连通的泄爆管(201),所述泄爆管(201)的上端连接有第一法兰盘(202),所述第一法兰盘(202)的外沿呈环形阵列状开设有多个通孔(2021),所述第一法兰盘(202)的上方设置有密封盖(203),所述密封盖(203)的下端连接有第二法兰盘(204),所述第二法兰盘(204)的下表面呈环形阵列状连接有与每个通孔(2021)相对应的导向杆(205),所述导向杆(205)的下端连接有端块(206),所述端块(206)上连接有压缩弹簧(207),且压缩弹簧(207)的上端与第一法兰盘(202)相连接,所述密封盖(203)的上表面设置有永磁铁(208),所述长方体管道(101)的上表面连接有立柱(209),所述立柱(209)的顶端连接有顶板(210),所述顶板(210)的下表面设置有与永磁铁(208)相对应的电磁铁(211);

所述电子点火系统包括设置在长方体管道(101)前后两侧面下端的正点火电极(301)和负点火电极(302),所述正点火电极(301)和负点火电极(302)均伸入长方体管道(101)的内腔中对齐设置;

所述数据采集系统包括设置在长方体管道(101)前后两侧面上端的温度传感器(401)和压力传感器(402),且温度传感器(401)和压力传感器(402)的感应端均伸入长方体管道(101)的内腔中设置,位于所述长方体管道(101)的旁侧还设置有摄像机支架(403),所述摄像机支架(403)的顶端设置有朝向石英玻璃观察窗(104)设置的高速摄像机(404);

所述进料配气系统包括设置在底部管道(102)中的储液罐(501)、储粉罐(502)以及设置在底部管道(102)旁侧的真空压缩一体机(503),所述储液罐(501)的上端连接有伸入长方体管道(101)中的排汽管(504),所述排汽管(504)上设置有第一电磁阀(505),所述储粉罐(502)的两端分别连接有进气管(506)和出粉管(507),所述进气管(506)和出粉管(507)上分别连接有第二电磁阀(508)和第三电磁阀(509),且进气管(506)伸入长方体管道(101)中设置,所述真空压缩一体机(503)上连接有伸入底部管道(102)中的气体管(510),所述进气管(506)的端部与气体管(510)相连通,所述气体管(510)上还连接有伸入长方体管道(101)中抽气管(511),所述抽气管(511)上设置有第四电磁阀(512);

所述加热温控装置包括设置在长方体管道(101)前后两侧内壁上的恒温加热板(601)以及设置在储液罐(501)底部的电磁加热装置(602);

所述控制装置包括设置爆炸实验容器旁侧的控制机柜(700),所述控制机柜(700)的内部设置有与数据采集系统电性连接的控制模块、AD模块以及视频处理模块,且控制机柜(700)上设置有显示屏(701)和控制面板(702);

所述恒温加热板(601)对温度进行恒温控制,采用模糊PID算法进行控制,具体包括如下步骤:

1)设定PID控制器初值;

2)预估输出:预估控制如下式:

y(k)=a*y(k‑1)+b*[u(k‑1)‑u(k‑N‑1)]

式中, y(k)为预估控制器的输出,u(k)为控制

器的输出,Ts为采样周期,τ=68s,T=205s,K0=0.33;

3)模糊控制:控制器以温升速率偏差e和温升速率偏差变化ec作为输入,通过模糊控器制规则在线对PID参数进行调整,并输出PID参数值;

4)将PID控制输出值、散热补偿值以及预估补偿值共同加载到恒温加热板,实现对恒温加热板温度的闭环控制。

2.根据权利要求1所述的易燃液体蒸气‑粉尘混合爆炸实验装置,其特征在于,所述第一法兰盘(202)的上表面开设有环形密封槽(2022),所述第二法兰盘(204)的下表面设置有与环形密封槽(2022)相对应的密封圈(212)。

3.根据权利要求1所述的易燃液体蒸气‑粉尘混合爆炸实验装置,其特征在于,所述长方体管道(101)和底部管道(102)均由不锈钢材料制成。

4.根据权利要求1所述的易燃液体蒸气‑粉尘混合爆炸实验装置,其特征在于,所述电子点火系统为远程线控的正点火电极(301)和负点火电极(302)。

5.根据权利要求1所述的易燃液体蒸气‑粉尘混合爆炸实验装置,其特征在于,所述摄像机支架(403)包括下套杆(4031)和上伸缩杆(4032),所述下套杆(4031)上设置有定位销(4033),所述上伸缩杆(4032)上间隔开设有与定位销(4033)对应的定位孔(4034)。

6.根据权利要求5所述的易燃液体蒸气‑粉尘混合爆炸实验装置,其特征在于,所述摄像机支架(403)的顶端设置有摄像机安装座(405),所述高速摄像机(404)设置在摄像机安装座(405)中。

7.根据权利要求1所述的易燃液体蒸气‑粉尘混合爆炸实验装置,其特征在于,所述第一电磁阀(505)、第二电磁阀(508)、第三电磁阀(509)和第四电磁阀(512)均与控制模块电性连接。

8.一种使用权利要求1‑7任一项所述易燃液体蒸气‑粉尘混合爆炸实验装置的方法,其特征在于,包括如下步骤:S1:对易燃液体蒸气‑粉尘混合爆炸实验装置进行气密性与安全性检查,确保无误后进行下一步操作;

S2:打开加热温控装置设置理想温度,同时将易燃液体加入储液罐,将粉尘加入储粉罐中;

S3:等待爆炸实验容器内部加热至设定温度后,打开第四电磁阀将长方体管道中抽至真空状;

S4:打开第一电磁阀,通过负压作用将储液罐中的易燃液体完全气化,使得易燃液体蒸汽进入长方体管道中,然后再打开通过真空压缩一体机将储粉罐中的粉尘吹入长方体管道使两者混合;

S5:关闭所有电磁阀,通过电子点火系统进行点火引爆;

S6:在爆炸过程中通过压力传感器记录爆炸压力,温度传感器记录温度变化,高速摄影机捕获火焰图像,获取爆炸过程中的火焰传播图像;

S7:等待反应结束,继续重复上述步骤进行3‑5次实验,确保实验和数据采集的准确性和可靠性。

9.根据权利要求8所述易燃液体蒸气‑粉尘混合爆炸实验装置的方法,其特征在于,所述步骤S1和步骤S2之间还包括:通过真空压缩一体机向整个回路通入干燥空气使其洗净爆炸实验容器,并洗净储液罐、储粉罐,再打开泄爆机构将气体排出。