矿井瓦斯/空气预混气体爆燃的激光纹影测试系统设计

为了准确地获取矿井瓦斯/空气预混气体爆燃流场的内部微观结构信息,能够从基元反应层面认识爆燃流场的演化过程以及惰性介质阻燃剂抑制作用的机理,在已经建成的中尺度激波管道上继续搭建高速激光纹影测试系统,结合实验室几何空间约束条件,提出纹影测试系统'Z'字型光路的设计方案。以激光纹影系统代替传统的压力火焰测试系统,将爆燃流场的研究重心从宏观的单一点源信息向微观的多重结构信息转化。研究表明,在60,100,125,212ms时火焰阵面的化学反应变强,伴随着产生了冲击波,在75ms左右火焰发生断裂,该点处的压力下降,325ms火焰阵面扫过该测点以后,压力迅速下降。该结果为寻求预混气体爆燃高速摄影、压力火焰速度测试手段之外的方法提供了新的研究思路。

激光纹影仪观测传质过程中RBM对流结构

建立以激光为光源的纹影仪装置 ,用激光纹影仪在线监测不同有机溶剂各种传质过程中产生的 RBM(Rayleigh- Bénard- Marangon)现象 ,同时拍摄了传质过程中出现的 RBM现象状态 ,定性分析了不同影响因素的影响 ,其成果将有助于进一步的理论分析 .

激光纹影技术在煤矿瓦斯爆燃研究中的应用

为了得到煤矿井下瓦斯/空气预混气体爆燃流场波系演化过程,获取结构内部"看得到"的图像,重新认识激波和火焰之间的耦合关系、障碍物加速火焰的激励效应、惰性介质阻燃剂抑制爆燃的本质,在已建成的中尺度爆炸激波管道上进一步搭建超高速激光纹影系统,并提出"M"型、"Z"型和直线型3种光路布置方式的瓦斯爆燃流场测试方案,以代替传统的压力火焰传感器测试手段,为获取瓦斯/空气预混气体爆燃时激波的演变过程和火焰的微观结构流场提供新思路。

适用于化学动力学研究的激光纹影系统

激光纹影技术特别适合检测激波后高温快速反应的反应速率。本文建立的激光纹影系统能很好地从事化学动力学研究。并对Kiefer的激光纹影系统进行了改进,改进后的激光纹影系统测定结果稳定,操作简便。

纹影技术综述

纹影技术是一种无接触式光学技术,可以将不可见的相位分布转换为清晰的可见图像。该文将简述多种纹影技术的发展历程及各类纹影技术在国内外的发展现状,然后将阐述彩色纹影技术、激光纹影技术和背景纹影技术的基本光学原理以及各类纹影法在不同领域中的研究与应用,还总结了各种纹影技术在实际操作及其实验模拟等方面的具体应用方法,展示了其在不同领域的极高的普适性,列举了目前纹影技术的一系列优点与不足之处,并指出了纹影法在实际运用中所需要注意的问题。

柔性障碍物厚度对甲烷爆炸激励效应影响的实验研究

为了研究柔性障碍物对甲烷爆炸激励效应的影响,分别设计了无膜片、有0.09 mm膜片和有0.1 mm膜片的实验工况,通过爆炸压力峰值、火焰速度等特征参数,研究柔性障碍物的厚度对甲烷爆炸激励效应的影响。实验结果表明:加膜片后甲烷爆炸超压与火焰速度明显高于未加膜片;0.09 mm膜片和0.1 mm膜片的甲烷爆炸实验最大超压分别为0.53、0.6 MPa,增加膜片厚度,火焰速度峰值随之升高20.85%。同时利用激光纹影系统记录了膜片破裂后激波与火焰在流场中的传播过程。

惰性气体参数对瓦斯爆燃火焰传播抑制效果的研究

在自主搭建的中尺度爆炸管道上,构建超高速激光纹影测试系统,探究不同喷射位置和压力下N2和CO_(2)抑制瓦斯/空气预混气体爆燃火焰传播特性。结果表明:在惰性气体抑制瓦斯/空气预混气体爆燃实验中,随着喷射压力的逐步增强,火焰传播速度呈现出先增大后减小的趋势,火焰形态也由指尖状逐渐拉伸变形,中部突出部分变小直至呈现近平面状;近点火端喷射CO_(2)时比远离点火端喷射的最高火焰传播速度降低20.79%,喷射N2时降低20.25%,近点火端喷射CO_(2)比远点火端的最低火焰速度低9.68%,喷射N2时降低12.86%;对比2种阻燃抑爆气体,近点火端喷射CO_(2)比喷射N2的最高火焰传播速度低21.78%,最低速度比N2低1.82%;远点火端喷射CO_(2)时的最高火焰速度比N2低21.25%,最低火焰速度比N2低5.27%。

定容燃烧弹内含煤尘甲烷爆燃火焰传播特性试验研究

为探究煤尘对甲烷爆燃火焰的直观影响,在定容燃烧弹(Constant Volume Chamber,CVC)内利用激光纹影技术获取了甲烷球形火焰纹影图像及含煤尘甲烷火焰纹影图像,分析了不同体积分数甲烷火焰(6.5%、8.0%、9.5%)的不稳定性,对比了不同质量浓度煤尘(5 g/m^(3)、10 g/m^(3)、15 g/m^(3)、20 g/m^(3)、25 g/m^(3))对甲烷火焰的影响,分析了含煤尘甲烷火焰传播机理。结果表明,定容燃烧弹内球形火焰发展经历了层流火焰、胞状不稳定火焰。煤尘对甲烷火焰的影响呈明显的阶段特性:在层流燃烧阶段,煤尘因吸热抑制火焰传播,且煤尘质量浓度越高,抑制作用越强;散布的煤尘可对火焰锋面产生扰动,使火焰加快发展为胞状不稳定火焰,且甲烷体积分数越接近化学当量比,煤尘质量浓度越高,火焰可更快发展为胞状不稳定火焰;随着化学反应速率提高,火焰温度上升,煤焦开始参与反应并增强流场自发光及反应持续时间。

瓦斯爆炸传播过程中矿车激励效应的实验研究

为了分析矿车在矿井瓦斯爆炸传播过程中的激励效应,模拟井下工作环境,构建了实验管道,按照比例建造了矿车模型,分别设定一个矿车和三个矿车链接两种实验工况进行试验。根据冲击波传播过程中激励效应的形成机制,以爆炸传播过程中火焰和冲击波波阵面变化测试为主要测试目标,采用激光纹影的测试方法,分别观测了两种工况条件下下矿车区域附近爆炸冲击波畸变情况,捕获了冲击波经过矿车附近时,冲击波变化特征。根据试验观测,当冲击波经过障碍物附近时,波阵面明显发生畸变,而当三个矿车存在时,火焰出现了回流和绕流现象,燃烧强度和速度都明显增加,这一实验结果一方面证实了矿车对瓦斯爆炸存在明显的激励效应,同时指出矿车数量多,激励效应会更强。本文研究结果对瓦斯爆炸事故阻爆、隔爆技术开发和事故调查有一定的指导意义。

惰性气体抑制瓦斯爆燃火焰传播特性实验研究

为研究惰性气体抑制瓦斯爆燃火焰传播特性,在自行搭建的中尺度爆炸激波管道上,采用数据采集系统、压电式传感器、火焰传感器、同步控制系统和激光纹影测试系统,通过对比4种不同喷射压力(0.5,1.5,2.5,3.5 MPa)的实验工况,选用N_(2)做为惰性介质时抑制火焰的传播特性与喷射压力密切相关,火焰传播速度随着喷射压力增加呈现先增加后减弱的趋势。研究结果表明:少量N_(2)在管道中扩散,加剧了未反应预混气体的扰动状态,造成火焰阵面褶皱的卷吸能力增强,进而加速化学反应进程,促进预混气体燃烧;喷射压力为1.5 MPa时,火焰阵面拉升、变形最强,火焰传播速度提高,最高可达到250 m/s;喷射压力为3.5 MPa时,火焰阵面出现明显三维凹陷结构,运动发生明显滞后现象,火焰传播速度大幅度降低至5.4 m/s,惰性气体抑制火焰传播效果明显。

桥丝式电点火头发火能量的输出形式

采用高速摄像与激光纹影技术研究桥丝式点火头在电容放电作用下的能量输出形式,并观测点火头点燃延期体的动态过程。结果表明,电容放电作用后,桥丝形成气化热能,周围介质受热形成高温热流,桥丝断开后的高压放电和药剂爆燃共同作用形成弱冲击波,每种能量形式在无限空间内各向同性,各能量形式间速度不同;点火头点燃延期体过程中,先行弱冲击波的反射使高温流场在某一平衡位置振荡,延迟移向被点火面,炽热燃烧物受弱冲击波反射的影响小。

气液传质相界面湍动现象的实验及分析

气液相际间传质过程中 ,由溶质浓度梯度产生的表面张力梯度可以导致相界面湍动现象。本文采用激光纹影仪观察及计算机在线图象采集的方法 ,对气液两相物理吸收和解吸过程中相界面处的湍动现象进行了实验研究。传质过程包括异丙醇、乙醇、甲醇、氯苯吸收和解吸CO2 。实验结果表明 ,在不同的吸收体系中 ,有不同的湍动形状 ,根据其形状大致可分为多边形和滚桶状两类 ;同一体系 ,在不同的实验条件下 ,也会有多种界面湍动的形式 。

阻燃剂抑制瓦斯爆燃光学测试实验方案设计

为了准确得到细水雾抑制瓦斯爆燃的流场的波系演化过程,获取细水雾与火焰阵面相互作用时的火焰结构变化的图像,在自行设计的中尺度爆炸管道上,搭建超高速激光纹影系统,从基元反应层面重新认识细水雾抑制瓦斯爆燃的机理;通过对整个实验系统中不同系统响应时间进行分析,提出合理的实验方案,测量了火焰阵面到达观察窗口的时间和细水雾喷射系统的响应时间。结果表明:火焰阵面到达观察窗口的时间为0.1133 s,细水雾喷射系统的响应时间为8.716 ms。

硅系延期体喷火火焰特性研究

为了探究延期体末端喷火段的火焰特性,采用硅系延期药制备了无切缝和有切缝两种延期体进行对比实验,通过高速相机和激光纹影测试系统观测延期体末端喷火火焰的流场结构,计算喷火火焰速度,以获得延期体喷火火焰特性与药芯燃烧传播稳定性的关系。结果表明:末端无切缝时,喷火火焰存在二次不稳定湍流火焰,其原因是由于内部气体积累而使药芯断裂,产生脉动燃烧现象;有切缝时,不存在二次湍流火焰,由于切缝的泄压作用,使药芯密度均匀,内部为稳定的层状燃烧。

罐状空间内含尘甲烷爆炸流场变化试验研究

为了研究罐状空间内不同浓度的煤尘对含尘甲烷爆炸流场变化的影响,使用60 L的定容燃烧弹为试验装置,在试验装置的同一个断面上布置4个压力传感器,按照上、下、左、右位置命名为P_(U)、P_(L)、P_(D)、P_(R),通过爆炸压力以及激光纹影系统拍摄的火焰图像,分析爆炸压力与火焰结构的变化情况。试验共设计6组工况,试验选用浓度为9.5%的甲烷空气预混气体,再分别往气体中加入0 g/m^(3)、5 g/m^(3)、10 g/m^(3)、15 g/m^(3)、20 g/m^(3)、25 g/m^(3)的煤尘进行试验。试验结果表明:单一甲烷爆炸时,爆炸压力变化共分为4个阶段:压力上升阶段,压力降低阶段,二次上升阶段以及持续降低阶段,其中P_(U)传感器压力峰值最大,上升速率最快。在含氧量恒定的情况下,含尘甲烷爆炸的压力峰值随煤尘浓度的增加呈现先增大后减小的规律,煤尘浓度为15 g/m^(3)时,爆炸压力最大值为598.697 kPa。爆炸火焰结构演化过程分为3个阶段:层流阶段,胞状不稳定阶段以及湍流阶段。流场中的扰动导致火焰锋面产生了褶皱,煤尘浓度的增加,加大了煤尘粒子对火焰扰动的影响,加速了火焰结构的演化过程。