一种受限空间内燃气燃爆超、动压测试装置及方法

本发明涉及可燃气体燃爆特征参数测试领域，特别是涉及一种受限空间内燃气燃爆超、动压测试装置及方法。

背景技术：

1、工业生产过程中可燃气体或粉尘爆炸易造成重大人员伤亡和经济损失，严重威胁生产安全，爆炸产生的动压是造成人员伤亡及生产设施破坏的重要因素之一。开展等效场景条件下的可燃气体爆炸实验是认识灾变特性的主要手段。有效测定不同区域内超压、动压等冲击特征参数是揭示爆炸冲击强度变化规律的关键，对准确评估爆炸强度、采取有效防爆抑爆措施具有重要指导作用。

2、现有关于燃气爆炸动压的测试方法主要利用腔室壁面静压计算，即动压与静压的换算关系，该方法根据单一测点的静压计算动压，无法准确表征腔室截面上的动压分布，尤其是在截面尺寸较大时，计算得到的误差更大。

3、在固体炸药爆炸参数测试领域，通过测定爆炸冲击波总压和静压，进而计算风动压的方法应用较为广泛。授权公告号为cn113324448b的中国专利公开了一种弹药爆炸场风动压测试方法及装置，采用了双轴向多传感器组合的冲击波压力测量结构，通过测定冲击波总压和静压，利用总压、静压、冲击波后流体马赫数以及风动压关系，计算得到测点风动压力。该装置总压传感器与静压传感器距离较远（约80mm），冲击波的衰减会导致结果出现较大误差。申请公布号为cn102879144a的中国专利公开了一种可燃气体爆炸冲击波超压的测定方法和装置，采用高速摄像机捕获爆炸过程中球形参照物的运动轨迹，根据牛顿第二定律计算超压等参数，该装置受高速摄影仪数量限制，无法有效获得多处截面上的动压分布，也会对下游动压的测试结果造成干扰。

4、基于上述理由，本发明提供一种受限空间内燃气燃爆超、动压测试装置及方法。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种受限空间内燃气燃爆超、动压测试装置及方法，以解决现有技术存在的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种受限空间内燃气燃爆超、动压测试装置，包括：

3、实验腔室；

4、发生系统，所述发生系统设置在所述实验腔室内的一端，所述发生系统用于产生冲击波；发生系统和选择点燃发生器，同时需要注意实验腔室的强度可以承载发生系统的冲击力；

5、测试系统，所述测试系统包括固定底座，所述固定底座固定在所述实验腔室内的中间位置，所述固定底座顶部沿长度方向等间距可拆卸连接有若干列测试柱，所述测试柱上安装有压力检测单元；

6、数据采集器，所述数据采集器设置在所述实验腔室外，所述数据采集器与所述压力检测单元电性连接；

7、其中，所述测试柱与所述固定底座之间垂直设置。

8、根据本发明提供的受限空间内燃气燃爆超、动压测试装置，所述测试柱包括两个上下正对设置的测试块，两所述测试块之间设置有定位块，所述定位块与所述测试块的形状相适配，两所述测试块、所述定位块与所述固定底座之间可拆卸连接。

9、根据本发明提供的受限空间内燃气燃爆超、动压测试装置，所述压力检测单元包括总压压力传感器和静压压力传感器，所述总压压力传感器与所述静压压力传感器均设置在所述测试块上，且所述总压压力传感器的轴线与所述静压压力传感器的轴线空间垂直，所述静压压力传感器的轴线与所述实验腔室的长度方向平行。

10、根据本发明提供的受限空间内燃气燃爆超、动压测试装置，所述测试块上设置有两组梳理槽，两组所述梳理槽分别与所述总压压力传感器和所述静压压力传感器对应设置，所述总压压力传感器的数据线、和静压压力传感器的数据线分别设置在所述梳理槽内，所述定位块上开设有集线槽，所述梳理槽与所述集线槽连通，所述总压压力传感器的数据线、和静压压力传感器的数据线均伸出所述实验腔室并与所述数据采集器电性连接。

11、根据本发明提供的受限空间内燃气燃爆超、动压测试装置，所述固定底座的顶端安装有集线盒，所述总压压力传感器的数据线、和静压压力传感器的数据线均穿过所述集线盒并伸出所述实验腔室。

12、根据本发明提供的受限空间内燃气燃爆超、动压测试装置，所述测试块的尺寸为20mm×20mm×20mm。

13、根据本发明提供的受限空间内燃气燃爆超、动压测试装置，所述总压压力传感器和所述静压压力传感器在竖直方向上的距离为12mm-15mm。

14、根据本发明提供的受限空间内燃气燃爆超、动压测试装置，上方的所述测试块上周向等间距设置有若干固定螺栓，所述固定螺栓依次穿过所述定位块、下方的所述测试块与所述固定底座可拆卸连接。

15、一种受限空间内燃气燃爆超、动压测试方法，包括如下步骤：

16、步骤一，确定待测区域，分别将发生系统、测试系统布置在实验腔室内；

17、步骤二，确定测点数量，将压力检测单元安装在测试柱上，并将压力检测单元与数据采集器电性连接；

18、步骤三，发生系统产生冲击波，开展燃爆实验，压力检测单元检测压力数值，数据采集器将压力数据导出；

19、步骤四，计算获取预设点位的动压、爆炸冲量参数；

20、步骤五，根据动压、爆炸冲量参数的变化规律构建燃气燃爆条件下的破坏强度模型。

21、根据本发明提供的受限空间内燃气燃爆超、动压测试方法，步骤四中，动压的计算公式为：

22、，

23、其中，pd为动压，mpa；pt为总压，mpa；ps为静压，mpa；

24、爆炸冲量的计算公式为：

25、，

26、其中，为爆炸冲量，kpa/s；t为正压作用时间，s；psmax为爆炸波阵面上的超压峰值，mpa。

27、本发明公开了以下技术效果：

28、本发明工作时，首先，确定待测区域，分别将发生系统、测试系统布置在实验腔室内；确定测点数量，将压力检测单元安装在测试柱上，并将压力检测单元与数据采集器电性连接；发生系统产生冲击波，开展燃爆实验，压力检测单元检测压力数值，数据采集器将压力数据导出；计算获取预设点位的动压、爆炸冲量参数；根据动压、爆炸冲量参数的变化规律构建燃气燃爆条件下的破坏强度模型。

29、本发明提供了适用于燃气爆炸实验腔室内的超、动压及冲量等特征参数测试装置，解决了腔室内不同区域及截面上燃爆特征参数测试难题。

30、装置设置多个相同的测试柱，分别对测试柱的不同位置进行压力检测，可同时获取多个点位的超压、动压、冲量、正压作用时间等特征参数。实验数据可为燃气燃爆强度评估、燃气灾变防控技术开发提供指导。

31、测试装置为模块化设计，安装方便，适应性强，适于不同场景及尺度实验腔室内燃爆超、动压等参数的测定。该发明能够减少重复实验次数，显著降低实验成本和时间成本。

技术特征：

1.一种受限空间内燃气燃爆超、动压测试装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种受限空间内燃气燃爆超、动压测试装置，其特征在于：所述测试柱包括两个上下正对设置的测试块（2），两所述测试块（2）之间设置有定位块（3），所述定位块（3）与所述测试块（2）的形状相适配，两所述测试块（2）、所述定位块（3）与所述固定底座（11）之间可拆卸连接。

3.根据权利要求2所述的一种受限空间内燃气燃爆超、动压测试装置，其特征在于：所述压力检测单元包括总压压力传感器（4）和静压压力传感器（5），所述总压压力传感器（4）与所述静压压力传感器（5）均设置在所述测试块（2）上，且所述总压压力传感器（4）的轴线与所述静压压力传感器（5）的轴线空间垂直，所述静压压力传感器（5）的轴线与所述实验腔室（1）的长度方向平行。

4.根据权利要求3所述的一种受限空间内燃气燃爆超、动压测试装置，其特征在于：所述测试块（2）上设置有两组梳理槽（6），两组所述梳理槽（6）分别与所述总压压力传感器（4）和所述静压压力传感器（5）对应设置，所述总压压力传感器（4）的数据线（7）、和静压压力传感器（5）的数据线（7）分别设置在所述梳理槽（6）内，所述定位块（3）上开设有集线槽（8），所述梳理槽（6）与所述集线槽（8）连通，所述总压压力传感器（4）的数据线（7）、和静压压力传感器（5）的数据线（7）均伸出所述实验腔室（1）并与所述数据采集器电性连接。

5.根据权利要求4所述的一种受限空间内燃气燃爆超、动压测试装置，其特征在于：所述固定底座（11）的顶端安装有集线盒（9），所述总压压力传感器（4）的数据线（7）、和静压压力传感器（5）的数据线（7）均穿过所述集线盒（9）并伸出所述实验腔室（1）。

6.根据权利要求2所述的一种受限空间内燃气燃爆超、动压测试装置，其特征在于：所述测试块（2）的尺寸为20mm×20mm×20mm。

7.根据权利要求3所述的一种受限空间内燃气燃爆超、动压测试装置，其特征在于：所述总压压力传感器（4）和所述静压压力传感器（5）在竖直方向上的距离为12mm-15mm。

8.根据权利要求2所述的一种受限空间内燃气燃爆超、动压测试装置，其特征在于：上方的所述测试块（2）上周向等间距设置有若干固定螺栓（10），所述固定螺栓（10）依次穿过所述定位块（3）、下方的所述测试块（2）与所述固定底座（11）可拆卸连接。

9.一种受限空间内燃气燃爆超、动压测试方法，基于权利要求1-8任一项所述的受限空间内燃气燃爆超、动压测试装置，其特征在于，包括如下步骤：

10.根据权利要求9所述的一种受限空间内燃气燃爆超、动压测试方法，其特征在于，步骤四中，动压的计算公式为：

技术总结
本发明公开一种受限空间内燃气燃爆超、动压测试装置及方法，包括：实验腔室；发生系统，发生系统设置在实验腔室内的一端，发生系统用于产生冲击波；测试系统，测试系统包括固定底座，固定底座固定在实验腔室内的中间位置，固定底座顶部沿长度方向等间距可拆卸连接有若干列测试柱，测试柱上安装有压力检测单元；数据采集器，数据采集器与压力检测单元电性连接；其中，测试柱与固定底座之间垂直设置。本发明设置多个相同的测试柱，分别对测试柱的不同位置进行压力检测，可同时获取多个点位的超压、动压、冲量、正压作用时间等特征参数。实验数据可为燃气燃爆强度评估、燃气灾变防控技术开发提供指导。

技术研发人员：刘震起,叶继红,仲晓星,仲秋,卢岩森
受保护的技术使用者：中国矿业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/8