【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于工業安全，涉及一種基于實際工況條件下瓦斯爆炸尺度效應的實驗系統及方法。
技術介紹
1、瓦斯抽采是預防瓦斯爆炸事故的重要措施之一，目前我國瓦斯抽采的利用率仍然處于較低水平，煤礦低濃度瓦斯利用技術不夠成熟，低濃度瓦斯輸送過程中的安全性也是目前瓦斯利用率低的重要原因之一。目前，瓦斯輸送主管路管徑均大于500mm，支管管徑也在500mm左右。然而，目前關于瓦斯爆炸的研究主要在直徑500mm以下的管道中進行，尺度小、距離短，研究成果無法直接用于工程實際，煤礦現場實際的大尺度管道瓦斯輸送和利用過程中存在較大的隱患和不確定性。只有對實際工況條件下的輸送管道瓦斯爆炸尺度效應進行研究，方可為工程實踐中瓦斯管道輸送和利用的安全防護提供有力支撐。
2、目前，關于管道內尺度效應的研究，主要集中在小尺度、數值模擬等方面，主要所采用實驗裝置主要有方管、球形容器等。在管道內瓦斯爆炸傳播過程中，由于壁面效應、尺寸效應等諸多原因共同作用導致管道內瓦斯爆炸流場極為復雜，若利用與實際工況條件下的管道相差太大的實驗裝置進行研究，將與實際瓦斯輸送管道存在出入。
3、但目前針對大尺度管道內的實驗研究，既沒有系統的實驗裝置也沒有準確的實驗方法，因此，目前亟需一套完整可行的實驗裝置及實驗方法支撐研究。
技術實現思路
1、有鑒于此，本專利技術的目的在于提供一種基于實際工況條件下瓦斯爆炸尺度效應的實驗系統及方法，能夠進行實際工況條件下輸送管道內瓦斯爆炸實驗，并從理論及實踐方面進行分析，為實際工況
2、為達到上述目的，本專利技術提供如下技術方案：
3、一種基于實際工況條件下瓦斯爆炸尺度效應的實驗系統，包括實驗管道，所述實驗管道至少為兩根，所述實驗管道的公稱直徑為200mm、500mm、700mm、800mm或1000mm，且每根實驗管道的公稱直徑不同，每根實驗管道均具有相同的長徑比。
4、進一步地，還包括安裝實驗管道上的壓力傳感器、火焰傳感器、激光甲烷濃度檢測儀、同步點火系統和配氣系統、與壓力傳感器和火焰傳感器連接的數據采集系統和用于拍攝爆炸火焰的高速攝影機。
5、進一步地，在所述實驗管道的兩端分別設有盲板和密封薄膜，以將實驗管道密封。
6、進一步地，在所述實驗管道上設有若干螺紋孔，以用于連接壓力傳感器、火焰傳感器、激光甲烷濃度檢測儀、同步點火系統、配氣系統以及循環攪拌系統。
7、進一步地，所述同步點火系統包括布置在靠近盲板一端的點火頭。
8、進一步地，所述循環攪拌系統包括真空泵，所述真空泵的兩端通過真空管道與所述實驗管道的兩端連通，以通過真空泵對所述實驗管道中的氣體進行真空循環攪拌。
9、進一步地，所述實驗管道包括多段通過法蘭盤連接的管段。
10、進一步地，所述多段管段中的一根設為透明管道，以便于觀察爆炸時的火焰。
11、一種基于實際工況條件下瓦斯爆炸尺度效應的實驗方法，其特征在于，所述的基于實際工況條件下瓦斯爆炸尺度效應的實驗系統，具體包括以下步驟：
12、步驟一.布置基于實際工況條件下的實驗管道：
13、布置至少兩條公稱直徑為200mm、500mm、700mm、800mm或1000mm的實驗管道，以模擬實際工況下的管道，且每根實驗管道的公稱直徑不同，并具有相同的長徑比；
14、在實驗管道的一端利用法蘭盤安裝盲板以形成固定封閉端，另一端利用聚乙烯塑料膜封閉，以形成弱約束封閉端，并在每根實驗管道的中部設有玻璃觀察窗；
15、步驟二.對實驗系統進行設置：
16、根據每根實驗管道公稱直徑和長度的不同，將多個壓力傳感器和火焰傳感器安裝在實驗管道的對應位置處，以使得每根實驗管道對應安裝壓力傳感器和火焰傳感器的位置均具有相同的長徑比處，在實驗管道安裝聚乙烯塑料膜的一端安裝沿實驗管道軸向布置的黑色幕布，并標出具體尺寸，并在實驗管道的玻璃觀察窗和黑色幕布安裝高速攝影儀，以拍攝火焰傳播圖像，將壓力傳感器、火焰傳感器連接至數據采集系統，以對相應的檢測點進行數據采集，在實驗管道靠近盲板的一端安裝同步點火系統以作為引爆裝置，并將數據采集系統連接至同步點火系統中；
17、步驟三.向實驗管道內充入氣體：
18、通過配氣系統向實驗管道中充入甲烷氣體至所需濃度，并通過安裝在實驗管道上的激光甲烷濃度檢測儀實時觀察到管道內甲烷濃度；
19、步驟四.點火引爆：
20、通過同步點火系統進行同步點火，點燃實驗管道內的甲烷氣體，使其發生爆炸；
21、步驟五：實驗數據處理
22、通過數據采集系統配合壓力傳感器和火焰傳感器對爆炸過程中的數據進行采集，并將所采集到的實驗數據進行分析，具體分析方法如下：
23、s1.首先對采集到的實驗數據利用道格拉斯-普克算法進行抽點壓縮處理；
24、s2.對實驗數據進行抽點壓縮處理完成后分析實驗管道內瓦斯爆炸壓力及火焰傳播規律，記錄每個檢測點處最大爆炸壓力值出現的時間、空間位置及最大爆炸壓力數值，分析火焰傳感器中各點火焰到達時間及火焰光信號強度并計算管道內火焰傳播速度，具體步驟如下：
25、1)記錄每根管道中各個檢測點處最大爆炸壓力值，并根據長徑比，將不同管道中各測點處的壓力數據，統一為相綱后進行分析，得到不同公稱直徑的實驗管道中相同長徑比條件下最大壓力值的大小、出現時間、出現位置以及壓力上升速率；
26、2)選取實驗管道中同步點火系統附近、管道中部以及管道遠離同步點火系統一端的三個位置處的爆炸壓力時域圖，分析在不同公稱直徑的實驗管道中壓力隨時間變化圖像，分析不同公稱直徑的實驗管道中兩波三區結構變化及前驅沖擊波、爆燃波出現時間的差別，研究管道尺度對傳播規律的影響；
27、3)根據各個火焰傳感器所測得的火焰數據分析其火焰到達時間、火焰持續時間、火焰強度，利用各測點之間的時間差，分析火焰傳播速度，計算公式如下：
28、
29、s為檢測點距離實驗管道盲板封閉端的位置，t為各檢測點火焰到達時間；
30、4)分析火焰傳播及壓力傳播之間的耦合關系，記錄不同管道中壓力最大值及壓力波到達時間，對比火焰波到達相同位置所需時間，在相同長徑比條件下，分析最大爆炸壓力與火焰傳播速度變化趨勢之間的聯系，火焰形態變化與壓力變化之間的關系，研究火焰與壓力協同作用導致的傳播規律變化，分析管道內壓力波與火焰波的自加速過程；
31、5)分析不同公稱直徑的實驗管道中動力及運動相似狀態，對不同公稱直徑的實驗管道內相同長徑比測點處的火焰速度、爆炸壓力峰值計算比值，并進行比較，分析不同管徑內火焰傳播速度及壓力比值是否存在明顯線性關系及運動相似關系，研究不同公稱直徑實驗管道的火焰傳播速度比值曲線是否存在變化規律近似關系，對不同點處的比值曲線進行研究，分析不同公稱直徑的實驗管道各點處的流動相似狀態，具本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種基于實際工況條件下瓦斯爆炸尺度效應的實驗系統，包括實驗管道，其特征在于：所述實驗管道至少為兩根，所述實驗管道的公稱直徑為200mm、500mm、700mm、800mm或1000mm，且每根實驗管道的公稱直徑不同，每根實驗管道均具有相同的長徑比。
2.根據權利要求1所述的基于實際工況條件下瓦斯爆炸尺度效應的實驗系統，其特征在于：還包括安裝實驗管道上的壓力傳感器、火焰傳感器、激光甲烷濃度檢測儀、同步點火系統和配氣系統、與壓力傳感器和火焰傳感器連接的數據采集系統和用于拍攝爆炸火焰的高速攝影機。
3.根據權利要求2所述的基于實際工況條件下瓦斯爆炸尺度效應的實驗系統，其特征在于：在所述實驗管道的兩端分別設有盲板和密封薄膜，以將實驗管道密封。
4.根據權利要求3所述的基于實際工況條件下瓦斯爆炸尺度效應的實驗系統，其特征在于：在所述實驗管道上設有若干螺紋孔，以用于連接壓力傳感器、火焰傳感器、激光甲烷濃度檢測儀、同步點火系統、配氣系統以及循環攪拌系統。
5.根據權利要求4所述的基于實際工況條件下瓦斯爆炸尺度效應的實驗系統，其特征在于：所述同
6.根據權利要求4所述的基于實際工況條件下瓦斯爆炸尺度效應的實驗系統，其特征在于：所述循環攪拌系統包括真空泵，所述真空泵的兩端通過真空管道與所述實驗管道的兩端連通，以通過真空泵對所述實驗管道中的氣體進行真空循環攪拌。
7.根據權利要求1所述的基于實際工況條件下瓦斯爆炸尺度效應的實驗系統，其特征在于：所述實驗管道包括多段通過法蘭盤連接的管段。
8.根據權利要求7所述的基于實際工況條件下瓦斯爆炸尺度效應的實驗系統，其特征在于：所述多段管段中的一根設為透明管道，以便于觀察爆炸時的火焰。
9.一種基于實際工況條件下瓦斯爆炸尺度效應的實驗方法，其特征在于，提供根據權利要求1-8任一項中所述的基于實際工況條件下瓦斯爆炸尺度效應的實驗系統，具體包括以下步驟：
10.根據權利要求9所述的基于實際工況條件下瓦斯爆炸尺度效應的實驗方法，其特征在于：在步驟三中，通過配氣系統向實驗管道中充入氣體后，通過與實驗管道循環連通的真空泵對實驗管道中的甲烷氣體進行循環攪拌，以使得實驗管道中各處的甲烷濃度相同。
...【技術特征摘要】
1.一種基于實際工況條件下瓦斯爆炸尺度效應的實驗系統，包括實驗管道，其特征在于：所述實驗管道至少為兩根，所述實驗管道的公稱直徑為200mm、500mm、700mm、800mm或1000mm，且每根實驗管道的公稱直徑不同，每根實驗管道均具有相同的長徑比。
2.根據權利要求1所述的基于實際工況條件下瓦斯爆炸尺度效應的實驗系統，其特征在于：還包括安裝實驗管道上的壓力傳感器、火焰傳感器、激光甲烷濃度檢測儀、同步點火系統和配氣系統、與壓力傳感器和火焰傳感器連接的數據采集系統和用于拍攝爆炸火焰的高速攝影機。
3.根據權利要求2所述的基于實際工況條件下瓦斯爆炸尺度效應的實驗系統，其特征在于：在所述實驗管道的兩端分別設有盲板和密封薄膜，以將實驗管道密封。
4.根據權利要求3所述的基于實際工況條件下瓦斯爆炸尺度效應的實驗系統，其特征在于：在所述實驗管道上設有若干螺紋孔，以用于連接壓力傳感器、火焰傳感器、激光甲烷濃度檢測儀、同步點火系統、配氣系統以及循環攪拌系統。
5.根據權利要求4所述的基于實際工況條件下瓦斯爆炸尺度效應的實驗系統，其特征在于：所述同...
【專利技術屬性】
技術研發人員：司榮軍，楊堃，黃子超，朱丕凱，薛少謙，杜宇婷，賈泉升，王磊，賈騰黎，
申請(專利權)人：中煤科工集團重慶研究院有限公司，
類型：發明
國別省市：
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