本發(fā)明涉及粉塵燃燒技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種粉塵爆炸火焰的傳播行為觀測實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

粉塵爆炸是粉塵在爆炸極限范圍內(nèi)，遇到熱源(明火或高溫表面等)，形成火焰并瞬間傳播至易燃粉塵散布空間，同時(shí)釋放大量熱，產(chǎn)生高溫和爆燃超壓導(dǎo)致破壞效應(yīng)的現(xiàn)象。其對(duì)眾多涉及易燃粉體制備、使用和處理的行業(yè)，如染料、藥物、糧食、金屬、塑料、織物、木材、采礦等行業(yè)，一直構(gòu)成嚴(yán)重威脅。

粉塵爆炸的易發(fā)性、偶然性和強(qiáng)破壞性等特征，緣于粉塵爆炸火焰?zhèn)鞑ミ^程的復(fù)雜性。相比于氣體爆炸火焰?zhèn)鞑?，粉塵爆炸火焰?zhèn)鞑ゼ性诠滔嗔Ｗ?、熱解氣化可燃?xì)怏w及液化粒子共存的異相體系中進(jìn)行，懸浮于空氣中的粒子歷經(jīng)受熱、熱解/氣化、與氧化劑混合、點(diǎn)燃、燃燒及熄滅的動(dòng)力學(xué)過程，這決定了粉塵爆炸火焰?zhèn)鞑ミ^程為非穩(wěn)態(tài)傳播且易受多種因素的影響，如粒子的理化特性、粒徑、形狀、濃度等。因此，全面揭示粉塵爆炸中火焰的傳播機(jī)理，從本質(zhì)上防控粉塵爆炸危害的目的，既有科學(xué)研究價(jià)值又是現(xiàn)實(shí)應(yīng)用需求。

目前，國內(nèi)外研究粉塵燃燒爆炸所用的實(shí)驗(yàn)裝置大多是密閉容器，如20L爆炸球、粉塵云著火溫度測試裝置等，而極少數(shù)機(jī)構(gòu)研究開放空間粉塵爆炸火焰結(jié)構(gòu)和傳播機(jī)理，且現(xiàn)有的極少數(shù)開放空間粉塵爆炸火焰測試實(shí)驗(yàn)裝置大多采用在開放空間自由噴吹粉塵，不能形成濃度均勻的粉塵云，顆粒粒徑也完全取決于購置的粉塵樣品。Shoshin、Dreizin根據(jù)靜電原理設(shè)計(jì)了產(chǎn)生金屬氣溶膠的實(shí)驗(yàn)裝置；Goroshin、Risha等根據(jù)電動(dòng)推桿送料原理建立了預(yù)混粉塵火焰裝置。這兩種裝置都是在完全開放空間噴撒粉塵，不能形成濃度均勻的粉塵云。于2012年1月18日公布的中國專利申請(qǐng)CN201110153130.5提供了一種“開放空間粉塵連續(xù)吹噴預(yù)混燃燒實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)”，所述的粉塵燃燒實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)是將粉塵分散到完全開放的空間，但不能形成濃度均勻的粉塵云，同時(shí)不能對(duì)顆粒不均勻的有機(jī)粉塵進(jìn)行處理，形成粒度均勻、形狀規(guī)則的粉塵云。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于背景技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種粉塵爆炸火焰的傳播行為觀測實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，其能在觀測區(qū)域內(nèi)形成粒度均勻、形狀規(guī)則的粉塵云，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)在觀測區(qū)域內(nèi)觀測粉塵爆炸火焰的傳播行為。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種粉塵爆炸火焰的傳播行為觀測實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，其包括：管道組件，形成有觀測區(qū)域；粉塵供給裝置，向觀測區(qū)域提供粉塵；以及點(diǎn)火機(jī)構(gòu)，固定設(shè)置于管道組件并用于點(diǎn)燃觀測區(qū)域內(nèi)的粉塵。粉塵供給裝置包括：儲(chǔ)粉罐，儲(chǔ)存有粉塵；噴嘴，連通儲(chǔ)粉罐；加熱機(jī)構(gòu)，將儲(chǔ)粉罐內(nèi)的粉塵加熱至熔點(diǎn)以形成液態(tài)燃料；以及第一高壓儲(chǔ)氣罐，儲(chǔ)存有高壓氣體且通過第一管路連通于儲(chǔ)粉罐。其中，儲(chǔ)粉罐內(nèi)的液態(tài)燃料在第一高壓儲(chǔ)氣罐內(nèi)的高壓氣體的推動(dòng)作用下經(jīng)由噴嘴噴入觀測區(qū)域中，然后被點(diǎn)火機(jī)構(gòu)點(diǎn)燃，從而實(shí)現(xiàn)在觀測區(qū)域內(nèi)觀測粉塵爆炸火焰的傳播行為。

本發(fā)明的有益效果如下：

在根據(jù)本發(fā)明的粉塵爆炸火焰的傳播行為觀測實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中，儲(chǔ)粉罐內(nèi)的粉塵被加熱機(jī)構(gòu)加熱成液態(tài)，液態(tài)燃料通過第一高壓儲(chǔ)氣罐和噴嘴被均勻噴入觀測區(qū)域中以形成粒度均勻、形狀規(guī)則的粉塵云，粉塵云被點(diǎn)火機(jī)構(gòu)點(diǎn)燃后，從而實(shí)現(xiàn)在觀測區(qū)域內(nèi)觀測粉塵爆炸火焰的傳播行為。

附圖說明

圖1是根據(jù)本發(fā)明的粉塵爆炸火焰的傳播行為觀測實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的簡化示意圖。

圖2是圖1中的管道組件的一連接示意圖，其中觀測區(qū)域處于封閉狀態(tài)。

圖3是圖1中的粉塵供給裝置的連接示意圖。

圖4是圖1中的管道組件的另一連接示意圖，其中觀測區(qū)域處于開放狀態(tài)。

其中，附圖標(biāo)記說明如下：

1 管道組件 25 第二高壓儲(chǔ)氣罐

11 頂部管道 26 針型塞

12 中部管道 27 第三高壓儲(chǔ)氣罐

121 凸部 28 熱電偶

13 底部管道 3 點(diǎn)火機(jī)構(gòu)

14 底座 31 點(diǎn)火電極

15 電磁伸縮器 32 點(diǎn)火器

151 伸縮桿 S 觀測區(qū)域

2 粉塵供給裝置 M 金屬絲網(wǎng)

21 儲(chǔ)粉罐 V 電磁閥

22 噴嘴 F 壓力表

221 腔體 P1 第一管路

222 噴口 P2 第二管路

23 加熱機(jī)構(gòu) P3 第三管路

24 第一高壓儲(chǔ)氣罐

具體實(shí)施方式

下面參照附圖來詳細(xì)說明根據(jù)本發(fā)明的粉塵爆炸火焰的傳播行為觀測實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。

參照?qǐng)D1至圖4，根據(jù)本發(fā)明的粉塵爆炸火焰的傳播行為觀測實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)包括：管道組件1，形成有觀測區(qū)域S；粉塵供給裝置2，向觀測區(qū)域S提供粉塵；以及點(diǎn)火機(jī)構(gòu)3，固定設(shè)置于管道組件1并用于點(diǎn)燃觀測區(qū)域S內(nèi)的粉塵。粉塵供給裝置2包括：儲(chǔ)粉罐21，儲(chǔ)存有粉塵；噴嘴22，連通儲(chǔ)粉罐21；加熱機(jī)構(gòu)23，將儲(chǔ)粉罐21內(nèi)的粉塵加熱至熔點(diǎn)以形成液態(tài)燃料；以及第一高壓儲(chǔ)氣罐24，儲(chǔ)存有高壓氣體且通過第一管路P1連通于儲(chǔ)粉罐21。其中，儲(chǔ)粉罐21內(nèi)的液態(tài)燃料在第一高壓儲(chǔ)氣罐24內(nèi)的高壓氣體的推動(dòng)作用下經(jīng)由噴嘴22噴入觀測區(qū)域S中，然后被點(diǎn)火機(jī)構(gòu)3點(diǎn)燃，從而實(shí)現(xiàn)在觀測區(qū)域S內(nèi)觀測粉塵爆炸火焰的傳播行為。

在根據(jù)本發(fā)明的粉塵爆炸火焰的傳播行為觀測實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中，儲(chǔ)粉罐21內(nèi)的粉塵被加熱機(jī)構(gòu)23加熱成液態(tài)，液態(tài)燃料通過第一高壓儲(chǔ)氣罐24和噴嘴22被均勻噴入觀測區(qū)域S中以形成粒度均勻、形狀規(guī)則的粉塵云，粉塵云被點(diǎn)火機(jī)構(gòu)3點(diǎn)燃后，從而實(shí)現(xiàn)在觀測區(qū)域S內(nèi)觀測粉塵爆炸火焰的傳播行為。

在根據(jù)本發(fā)明的粉塵爆炸火焰的傳播行為觀測實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中，參照?qǐng)D1、圖2和圖4，管道組件1可包括：頂部管道11，上端連接有金屬絲網(wǎng)M；中部管道12，位于頂部管道11的下方，且頂部管道11的下端面與中部管道12的上端面對(duì)齊；底部管道13，可滑動(dòng)的連接于中部管道12；以及底座14，用于支撐底部管道13，且底座14與底部管道13、中部管道12以及頂部管道11一起形成管道組件1的觀測區(qū)域S。其中，頂部管道11固定于支撐架(未示出)上，金屬絲網(wǎng)M通過法蘭固定連接于頂部管道11，底部管道13通過法蘭固定連接于底座14。這里，金屬絲網(wǎng)M完全遮蓋頂部管道11的頂部開口，以阻止粉塵泄露和粉塵火焰?zhèn)鞑サ巾敳抗艿?1上側(cè)。

在根據(jù)本發(fā)明的粉塵爆炸火焰的傳播行為觀測實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中，參照?qǐng)D1、圖2和圖4，中部管道12的外徑大于底部管道13的外徑。中部管道12向周壁的外側(cè)突出形成有凸部121。管道組件1還可包括：電磁伸縮器15，具有伸縮桿151，且伸縮桿151可分離的連接于中部管道12的凸部121。其中，當(dāng)電磁伸縮器15的伸縮桿151伸出時(shí)，伸縮桿151與中部管道12的凸部121接觸，電磁伸縮器15固定支撐中部管道12，中部管道12的下部外套于底部管道13的上部，從而底座14與底部管道13、中部管道12以及頂部管道11一起形成封閉的觀測區(qū)域S(如圖2所示)，而當(dāng)伸縮桿151縮回時(shí)，電磁伸縮器15與中部管道12脫離接觸，中部管道12沿著底部管道13的周壁下落，此時(shí)觀測區(qū)域S由封閉變?yōu)殚_放(如圖4所示)，從而可在開放的觀測區(qū)域S內(nèi)觀察粉塵爆炸火焰的傳播行為。

在根據(jù)本發(fā)明的粉塵爆炸火焰的傳播行為觀測實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中，參照?qǐng)D1和圖3，噴嘴22具有腔體221和噴口222。粉塵供給裝置2還可包括：第二高壓儲(chǔ)氣罐25，儲(chǔ)存有高壓氣體且通過第二管路P2連通于噴嘴22的腔體221，第二高壓儲(chǔ)氣罐25內(nèi)的高壓氣體在噴嘴22的噴口222處將液態(tài)燃料分散成液滴，液滴在觀測區(qū)域S中冷凝形成形狀規(guī)則、粒度均勻的粉塵云。進(jìn)一步參照?qǐng)D1和圖3，粉塵供給裝置2還可包括：針型塞26，與噴嘴22的噴口222相匹配以用于打開或關(guān)閉噴口222；以及第三高壓儲(chǔ)氣罐27，儲(chǔ)存有高壓氣體且通過第三管路P3連通于針型塞26，針型塞26在第三高壓儲(chǔ)氣罐27內(nèi)的高壓氣體的作用下上下運(yùn)動(dòng)以實(shí)現(xiàn)噴口222的打開或關(guān)閉。針型塞26位于噴嘴22中間，當(dāng)?shù)谌邏簝?chǔ)氣罐27向針型塞26內(nèi)加壓時(shí)，針型塞26下落，針型塞26與噴口222脫離，噴嘴22被打開；反之，針型塞26上升時(shí)，針型塞26與噴口222接觸，噴口222被關(guān)閉。

在根據(jù)本發(fā)明的粉塵爆炸火焰的傳播行為觀測實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中，儲(chǔ)粉罐21、噴嘴22以及針型塞24內(nèi)設(shè)于加熱機(jī)構(gòu)23中，管道組件1的底座14固定連接于加熱機(jī)構(gòu)23，噴嘴22的噴口222直接面向管道組件1形成的觀測區(qū)域S，從而儲(chǔ)粉罐21內(nèi)的粉塵經(jīng)由第一高壓儲(chǔ)氣罐24、第二高壓儲(chǔ)氣罐25以及噴嘴22噴入觀測區(qū)域S中。

在根據(jù)本發(fā)明的粉塵爆炸火焰的傳播行為觀測實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中，參照?qǐng)D1，點(diǎn)火機(jī)構(gòu)3可包括：點(diǎn)火電極31，穿設(shè)于頂部管道11的周壁(點(diǎn)火電極31可采用螺紋連接于頂部管道11)；以及點(diǎn)火器32，電連接于點(diǎn)火電極31以使點(diǎn)火電極31點(diǎn)燃觀測區(qū)域S內(nèi)的粉塵。參照?qǐng)D1和圖3，粉塵供給裝置2還可包括：熱電偶28，設(shè)置于儲(chǔ)粉罐21的外部，用于測量儲(chǔ)粉罐21中的溫度。此外，儲(chǔ)粉罐21與噴嘴22之間、第二管路P2和第三管路P3上均設(shè)置有電磁閥V。第一管路P1、第二管路P2以及第三管路P3上均設(shè)置有壓力表F。

在根據(jù)本發(fā)明的粉塵爆炸火焰的傳播行為觀測實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中，儲(chǔ)粉罐21內(nèi)的粉塵為有機(jī)粉塵。