模拟沉积粉尘二次爆炸的试验方法

本发明涉及粉尘二次爆炸实验装置技术领域，尤其涉及模拟沉积粉尘二次爆炸的试验方法。

背景技术：

粉尘爆炸，指可燃粉尘在受限空间内与空气混合形成的粉尘云，在点火源作用下，形成的粉尘空气混合物快速燃烧，并引起温度压力急骤升高的化学反应。

粉尘初次爆炸产生的冲击波会将堆积的粉尘扬起，悬浮在空气中，在新的空间形成达到爆炸极限浓度范围内的混合物，而其后飞散的火花和辐射热成为点火源，引起第二次爆炸。粉尘爆炸引起的沉积粉尘的二次爆炸会造成非常大的人员伤亡与财产损失，通过实验手段揭示诱导二次爆炸形成的原因以及影响因素对于遏制二次爆炸的发生十分重要。

现有的二次爆炸实验装置中，粉尘爆炸引起的二次爆炸与可燃气体爆炸引起的二次爆炸需要通过不同的设备分别进行，为二次爆炸的研究带来了不便。

因此，开发一种室内便于操作的可对粉尘爆炸引起沉积粉尘二次爆炸试验进行研究的物理实验装置，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明公开了模拟沉积粉尘二次爆炸的试验方法。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

模拟沉积粉尘二次爆炸的试验方法，该试验方法采用的一种模拟沉积粉尘二次爆炸的实验装置包括相连接的喷粉部分、管道部分、点火部分和数据采集部分。

喷粉部分，包括通过管线依次相连通的高压气瓶、粉尘仓和储气仓和喷嘴，高压气将粉尘仓中的沉积粉尘经喷嘴喷入管道部分；

管道部分，透明结构，包括若干个相连的单体管道，粉尘盘、喷嘴均置于单体管道的内部，每个单体管道底部均通过两个支架固定支撑；

点火部分，包括相连接的点火电极和点火能量发生器，点火电极安装于左侧单体管道的内壁上；

数据采集部分，包括信号采集器、温度传感器、压力传感器和高速摄影机，每个单体管道的内壁上均安装有温度传感器和压力传感器；

该试验方法具体包括以下步骤：

(1)选取粉尘的种类，称取一定量的粉尘置于粉尘仓中，在粉尘盘中同样放有粉尘；

(2)按照上述实验装置的结构将各部分组装完成；

(3)设定点火能量发生器的点火能量值和点火延迟时间；

(4)开启高压气瓶上的解压阀，打开进气开关，储气仓内的压力达到设定压力后，关闭进气开关；

(5)开启电磁阀，启动试验，粉尘仓内的粉尘在高压气体携带下，经喷嘴喷散至单体管道内，在设定的点火延迟时间后再启动点火，粉尘成功点火后，爆炸冲击波将粉尘盘上的粉尘卷扬，火焰波对卷扬的粉尘进行点燃，实现粉尘爆炸引起沉积粉尘二次爆炸。

进一步地，两个所述单体管道之间通过法兰相接，在连接处均设置有橡胶垫和石棉垫。

进一步地，所述高压气瓶与储气仓之间的管线上设置进气开关，储气仓与粉尘仓之间的管线上设置电磁阀，粉尘仓与喷嘴通过管线相连通，高压气瓶上还设置有解压阀。

进一步地，所述温度传感器、压力传感器均与信号采集器相连接，温度传感器、压力传感器相距5cm，其中左侧单体管道中的压力传感器安装位置距离喷嘴10cm，其余压力传感器安装于单体管道的中心位置处，信号采集器将采集到的信号传送给电脑。

进一步地，所述点火电极与喷嘴之间的间距为8-12cm，所述点火电极为两根相对布置的铜焊条，且两根铜焊条之间的间距不大于6mm，铜焊条直径为5mm。

进一步地，所述电磁阀与点火能量发生器相连接，点火能量发生器与电脑相连接。

本发明的有益效果是，设置相连接的喷粉部分、管道部分、点火部分和数据采集部分，本装置中的管道部分为透明管道，配合高速摄影机，可以更好地观察火焰的传播状态；在管道部分内铺设粉尘，通过调整粉尘量，改变粉尘放置位置，以及改变喷粉量，研究多种影响因素下由粉尘爆炸所引起沉积粉尘爆炸特性和传播规律；该实验装置结构设计合理，试验方法操作简单，有利于节约科研人员的时间，方便快捷。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

其中，1-高压气瓶；2-解压阀；3-进气开关；4-储气仓；5-电磁阀；6-粉尘仓；7-喷嘴；8-点火电极；9-支架；10-石棉垫；11-单体管道；12-高速摄影机；13-信号采集器；14-压力传感器；15-电脑；16-点火能量发生器；17-温度传感器；18-粉尘盘；19-橡胶垫。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明可在管道部分内铺设粉尘，可以通过调整粉尘量，改变粉尘放置位置，以及改变喷粉量，研究多种影响因素下由粉尘爆炸所引起沉积粉尘爆炸特性和传播规律。采用本实验装置进行的实验方法，操作简单，有利于节约科研人员的时间，方便快捷。

下面对本发明装置进行详细介绍。

如图所示，模拟沉积粉尘二次爆炸的试验方法，包括相连接的喷粉部分、管道部分、点火部分和数据采集部分。

其中：

喷粉部分，包括通过管线依次相连通的高压气瓶1、粉尘仓6和储气仓4和喷嘴7，高压气

瓶1为储气仓4提供高压气体，高压气将粉尘仓6中的沉积粉尘经喷嘴7喷入管道部分，其

中，喷嘴7采用铜制材料制成。

管道部分，为透明结构，包括六个相连的单体管道11，分别为第一单体管道、第二单体管道、第三单体管道、第四单体管道、第五单体管道和第六单体管道，各个单体管道的尺寸相同，直径均为0.15m，长度均为0.5m，粉尘盘18可放置于第二单体管道、第三单体管道、第四单体管道、第五单体管道和第六单体管道中，粉尘盘18的位置可根据实际实验实际情况来改变，喷嘴7伸入第一单体管道的内部，每个单体管道11的底部均通过两个支架9固定支撑，支架9的高度为20cm，保证实验过程中管道部分的稳定性。

点火部分，包括相连接的点火电极8和点火能量发生器16，点火电极8安装于第一单体管道的内壁上，点火电极8与喷嘴7之间的间距为10cm。

数据采集部分包括信号采集器13、温度传感器17、压力传感器14和高速摄影机12，每个单体管道11的内壁上均安装有温度传感器17和压力传感器14。

特别的，两个上述单体管道11之间通过法兰相接，单体管道11两端的法兰内径0.15m，外径0.21m，每个法兰上均设有8个直径为20mm螺栓孔，单体管道11与支架9均采用亚克力材质制成；两个单体管道11的连接处均设置有橡胶垫19和石棉垫10，石棉垫10设置于两层橡胶垫19中间，其中，石棉垫10起到隔热作用，橡胶垫19起到密封作用，即相邻的两个单体管道11在连接时，按照单体管道11、橡胶垫19、石棉垫10、橡胶垫19和单体管道11的次序安装。

特别的，上述高压气瓶1与储气仓4之间的管线上设置进气开关3，储气仓4与粉尘仓6之间的管线上设置电磁阀5，粉尘仓6与喷嘴7通过管线相连通，高压气瓶1上还设置有解压阀2，连接用管线均选用4分钢管。

特别的，上述温度传感器17、压力传感器14均与信号采集器13相连接，温度传感器17、压力传感器14相距5cm，其中第一单体管道中的压力传感器14安装位置距离喷嘴710cm，其余单体管道11中的压力传感器14安装于相应单体管道11的中心位置处，且压力传感器14与温度传感器17轴线对齐相距5cm，信号采集器13将采集到的信号传送给电脑15。

特别的，上述点火电极8为两根相对布置的铜焊条，且两根铜焊条之间的间距不大于6mm，铜焊条直径为5mm，点火电极8置于第一单体管道中。

特别的，上述电磁阀5与点火能量发生器16相连接，电磁阀5控制进入粉尘仓6中气体流量，点火能量发生器16与电脑15相连接。

将上述实验装置应用于模拟粉尘爆炸产生的沉积粉尘爆炸的物理试验方法，具体步骤包括：

1、根据实验需求，选取粉尘的种类为煤尘，称取一定量的粉尘置于粉尘仓6中，另外，在粉尘盘18中同样放有粉尘，粉尘盘18在管道部分中的位置可根据实际实验情况进行调整；

2、按照上述实验装置的结构将各部分组装完成；

3、设定点火能量发生器16的点火能量值和点火延迟时间；

4、开启高压气瓶1上的解压阀2，打开进气开关3，储气仓4内的压力达到设定压力后，关闭进气开关3；

5、开启电磁阀5，启动试验，粉尘仓6内的粉尘在高压气体携带下，经喷嘴7喷散至单体管道11内，在设定的点火延迟时间后再启动点火，粉尘成功点火后，爆炸冲击波将粉尘盘18上的粉尘卷扬，火焰波对卷扬的粉尘进行点燃，实现粉尘爆炸引起沉积粉尘二次爆炸；在喷粉动作的同时，各个单体管道11内的压力传感器14和温度传感器17将采集到的压力、温度数据传送，并经过信号采集器13处理后传输给电脑15，高速摄影机12将采集的影像数据传输给电脑15。

该实验装置结构设计合理，试验方法操作简单，有利于节约科研人员的时间，方便快捷。

另外，与现有技术相比，本装置中的管道部分为透明管道，配合高速摄影机，可以更好地观察火焰的传播状态；给出了沉积粉尘爆炸的物理模拟实验装置的具体设计参数，使得在室内实验条件下，能够更真实的模拟工业现场的粉尘爆炸情况，为工业现场粉尘爆炸提供更可靠的参考。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。