一种多参数影响下气体-粉尘复合爆炸泄放动力学特性及泄爆性能测试可视化装置

技术领域

本发明创造属于石化企业安全领域，尤其是涉及一种多参数影响下气体-粉尘复合爆炸泄放动力学特性及泄爆性能测试可视化装置测试方法。

背景技术

爆炸泄放作为一种有效的防护技术广泛应用于具有爆炸风险的容器和设备上。其本质是当爆炸发生导致压力积聚时安装在容器上的泄放装置优先于容器破裂，高温气体、火焰和压力波通过泄放口泄放至容器外部，避免爆炸压力达到容器爆破压力而发生整体破坏。随着工业的发展和社会的进步，爆炸事故变得愈加频繁且复杂，更多的是由气体和粉尘两种可燃性物质组成的复合爆炸。气固两相复合爆炸机理更加复杂且爆炸强度更大，带来的损失也更加严重。鉴于气固两相特殊的爆炸特性以及由此引发的爆炸事故对工业生产造成的威胁，应对两相复合爆炸特性开展相关研究并采取有效的防护措施，避免引发衍生事故灾害。

气体-粉尘复合爆炸泄放过程涉及到多相态可燃物质燃烧、爆炸流场湍流流动和相间传热传质等耦合过程，与单相爆炸泄放过程相比更加复杂且危害性更大，使前人对其研究较少，更多是开展气体或煤尘单相爆炸泄放研究，这使得对气固两相复合爆炸的泄放防护缺乏相对完善的理论指导。爆炸泄放基础研究不完善导致无法揭示爆炸泄放机理及本质模型的建立，尚有的研究不能形成完善的理论。如何进行有效的气固两相复合爆炸泄放防护并建立准确的泄放准则，这需要掌握准确且详实的气固两相复合爆炸泄放特性，不同泄放条件下爆炸超压、火焰形态、火焰温度和火焰速度在泄放过程中的演变机制作为依据。同时，深入研究气体-粉尘复合爆炸泄放过程中的基础问题，探究诸多参数包括泄放过程中压力、火焰、温度和气体/粉尘的泄放动力学特性，火焰泄放至外界空间未燃气体与粉尘相互作用引起二次爆炸的发生机理及其对泄放过程的影响规律，以及与单相可燃介质爆炸泄放的异同，对揭示气固两相复合爆炸泄放机理，从本质上发展多相爆炸泄放技术具有重要的理论和实际意义。

目前，多集中于气体或粉尘单相爆炸过程的泄放研究工作，主要关注于容器内部、外部压力变化规律以及爆炸火焰传播特性，初步明确了容器内部压力升高和泄放火焰诱导容器外部二次爆炸的机理。粉尘爆炸泄放具有与气体泄放相似特性，也具有其独特性，是一种包含诸多影响因素且耦合了湍流流动与多相态可燃介质振荡燃烧的复杂过程。两相复杂的燃烧过程必将导致其复杂的爆炸泄放特性，然而对于气体-粉尘复合爆炸泄放特性的研究鲜有报道，缺少气固两相复合爆炸泄放的理论基础，特别是不同泄放条件下容器内外爆炸超压、火焰结构形态、火焰温度和火焰速度在泄放过程中的演变机制，以及火焰泄放至外流场后未燃气体与粉尘相互作用引起的二次爆炸发生机理及其对泄放过程的影响等。气固两相复合爆炸泄放基础研究的不完善导致无法揭示两相复合爆炸泄放机理及本质模型的建立。因此，本项目开展气固两相复合爆炸泄放特性研究具有重要的研究意义，在一定程度上完善爆炸泄放理论，为气固两相爆炸泄放技术的研发提供科学思路和理论依据。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提出了一种多参数影响下气体-粉尘复合爆炸泄放动力学特性及泄爆性能测试可视化装置，包括：可视化爆炸系统、点火系统、供气系统、喷粉系统、泄爆系统、压力采集系统、温度采集系统、图像采集系统、纹影采集系统、油浴加热系统、同步控制器17、程序控制与数据采集系统18。

所述可视化爆炸系统由可视化爆炸容器1、容器端盖法兰2-1和2-2组成，并通过螺栓连接。可视化爆炸容器1为方形容器结构，其前后安装可视化视窗；可视化爆炸容器1上端安装容器端盖法兰2-1，下端安装容器端盖法兰2-2。容器端盖法兰2-1上端安装真空压力表22-2，监测可视化爆炸系统内部初始压力，并在其连接处安装球阀进行保护。可视化爆炸容器1左上侧连接球阀并与真空泵20相连，实现容器内部设定的真空度，进而调控起爆时的初始压力和喷粉压力。可视化爆炸容器1左下侧连接球阀并与压缩机21相连，进而实现起爆时不同初始压力，以及对爆炸后产物的吹扫，实现外界新鲜空气与容器内部产物的置换。

所述点火系统由点火电极4、可调高压点火器11、同步控制器17和程序控制与数据采集系统18组成；点火电极4、可调高压点火器11、同步控制器17和程序控制与数据采集系统18依次通过线路连接；点火电极4通过螺纹连接安装于可视化爆炸容器1左侧壁面中心位置，通过电极丝置于可视化爆炸容器1内部进行高压放电点火；通过调节电极丝长度可改变点火位置；通过可调高压点火器11控制点火能量；通过程序控制与数据采集系统18和同步控制器17实现点火电极4的开启与关闭。

所述供气系统由气瓶气源23-1和23-2，预混罐15和真空压力表22-1组成。预混罐15顶部安装真空压力表22-1测定其内部预混气体压力，通过道尔顿分压定律可配置容器内部所需预混气体的浓度。侧壁开有螺纹孔与气瓶气源23-1、23-2和喷粉系统相连。

所述喷粉系统由哈特曼喷粉装置3、单向阀16、电磁阀25、同步控制器17和程序控制与数据采集系统18及管路组成。哈特曼喷粉装置3安装于容器端盖法兰2-2上，通过管路与单向阀16和电磁阀25相连。电磁阀25通过球阀与预混罐15连接，粉尘置于哈特曼喷粉装置3的粉尘槽内部，通过电磁阀的开启与关闭，实现高压预混气体通过管路将粉尘槽内粉尘扬起并均匀弥散于可视化爆炸容器1内部，形成气固均匀分布的可燃爆炸混合介质。

所述泄爆系统由泄爆导管26、泄爆膜5、端面泄爆法兰6、可视化泄爆管道7-1、7-2和7-3以及泄爆装置10组成。可视化爆炸容器1右侧开孔设置泄爆导管26，在泄爆导管26的端口安装泄爆膜5，并通过端面泄爆法兰6将其压紧。可视化泄爆管道可由第一可视化泄爆管道7-1或第二可视化泄爆管道7-2或第三可视化泄爆管道7-3中的一个或多个通过螺栓连接组成，其具体长度根据实际试验需求选择安装；可视化泄爆管道的一侧端口安装有泄爆装置10。

所述压力采集系统由高频压力传感器8-1~8-8、同步控制器17和程序控制与数据采集系统18组成。高频压力传感器8-1安装于容器端盖法兰2-1上中心区域，采集泄爆过程中可视化爆炸容器1内部压力变化过程。高频压力传感器8-2安装于泄爆导管26壁面上，采集泄爆过程中冲击波进入导管内部压力变化。高频压力传感器8-3、8-4和8-5在泄爆口外部流场等间距安装，采集泄放火焰传播至外部开场空间以及安装泄爆装置后压力场的分布变化。高频压力传感器8-6、8-7和8-8安装于可视化泄爆管道7-1、7-2、7-3的壁面上，采集火焰穿过泄爆管道后其内部压力分布变化。

所述温度采集系统由高频温度热电偶9-1~9-8、同步控制器17和程序控制与数据采集系统18组成。高频温度热电偶9-1安装于容器端盖法兰2-1上中心区域，采集泄爆过程中可视化爆炸容器1内部火焰温度变化过程。高频温度热电偶8-2安装于泄爆导管26壁面上，采集泄爆过程中火焰进入导管内部温度变化过程。高频温度热电偶9-3、9-4和9-5在泄爆口外部等间距安装，采集泄放火焰传播至外部开场空间后温度分布变化，以及安装泄爆装置10后对外部温度场的影响。高频温度热电偶9-6、9-7和9-8安装于可视化泄爆管道7-1、7-2、7-3的中心壁面上，采集泄爆火焰在泄爆管道内部传播过程中温度分布变化。同时，结合高速红外热成像仪14，采集泄爆过程中可视化爆炸容器1和可视化泄爆管道7-1、7-2和7-3内部，以及泄放容器外部温度场的分布变化。

所述图像采集系统由高速摄像机12、同步控制器17和程序控制与数据采集系统18组成。通过高速摄像采集系统可对可视化爆炸容器1、可视化泄爆管道7-1、7-2、7-3，以及外部流场气体或气体/粉尘复合爆炸火焰演变及传播过程进行图像采集，同时判断对泄爆装置10是否阻火成功进行判断。

所述纹影采集系统由高速纹影仪13、同步控制器17和程序控制与数据采集系统18组成。通过高速纹影采集系统可对可视化爆炸容器1、可视化泄爆管道7-1、7-2、7-3，以及外部流场气体或气体/粉尘复合爆炸泄放过程微观流场结构演变及发展过程进行图像采集。

所述油浴加热系统由夹套19、油浴加热器24组成。预混罐15连接油浴加热器24，其外部设有夹套19。通过油浴加热器24控制夹套内部油浴温度，进而改变预混罐15内部预混气体的环境温度，实现进入可视化爆炸容器1内部气固复合爆炸过程中初始温度的调控。

附图说明

下面结合附图对本发明的作进一步说明；

图1为多参数影响下气体-粉尘复合爆炸泄放动力学特性及泄爆性能测试可视化装置的结构示意图；

图2为氢气爆炸泄放火焰传播特性图；

图3为高压放电点火原理结构图；

图4 为哈特曼喷粉装置示意图；

图5为破膜压力对氢气爆炸泄放管道内部压力的影响曲线图；

图6为气体爆炸泄放过程中不同位置压力分布变化曲线图；

图7为气体爆炸泄放过程中外流场温度场分布变化图；

图8为氢气爆炸泄放过程中泄爆口流场微观结构图。

其中：1.可视化爆炸容器；2-1、2-2.容器端盖法兰；3.哈特曼喷粉装置；4.点火电极；5.泄爆膜；6.端面泄爆法兰；7-1、7-2、7-3.可视化泄爆管道；8-1~8-8.高频压力传感器；9-1~ 9-8.高频温度热电偶；10.泄爆装置；11.可调高压点火器；12.高速摄像机；13.高速纹影仪；14.高速红外热成像仪；15.预混罐；16.单向阀；17.同步控制器；18.程序控制与数据采集系统；19.夹套；20.真空泵；21.压缩机；22-1、22-2.真空压力表；23-1、23-2.气瓶气源；24.油浴加热器；25.电磁阀；26.泄爆导管。

具体实施方式

本实施适用于一种多参数影响下气体-粉尘复合爆炸泄放动力学特性及泄爆性能测试可视化装置，其结构如图1所示；图1为一种多参数影响下气体-粉尘复合爆炸泄放动力学特性及泄爆性能测试可视化装置，装置包括：可视化爆炸系统、点火系统、供气系统、喷粉系统、泄爆系统、压力采集系统、温度采集系统、图像采集系统、纹影采集系统、油浴加热系统、同步控制器17、程序控制与数据采集系统18。

所述可视化爆炸系统由可视化爆炸容器1、容器端盖法兰2-1和2-2组成，并通过螺栓连接。可视化爆炸容器1为方形容器结构，其前后安装可视化视窗观测粉尘扬尘及气体或气体/粉尘混合物被点火电极引燃后爆炸火焰发展过程。基于本项发明装置和实验数据，获得了爆炸火焰沿着泄爆口方向的传播及形态演变过程（如图2所示），以及受壁面约束和泄爆口存在导致容器内部爆炸火焰的发展演变过程。可以看出，泄放火焰受空气阻力影响以纺锤体形状向前传播，之后火焰前锋面出现卷曲现象，并呈现蘑菇状火焰状态，泄放火焰的传播加剧了外部空间的湍流程度，火焰前锋面出现了褶皱卷曲现象。爆炸泄放火焰在传播过程中存在能量的损失和湍流不稳定性，导致泄放火焰逐渐熄灭。此外，泄放火焰宽度呈现先增大后减小变化的趋势。随着泄放火焰的传播，空气的阻力和热传递导致更多能量损失，致使火焰面宽度减小。可视化爆炸容器1上端安装容器端盖法兰2-1，下端安装容器端盖法兰2-2。容器端盖法兰2-1上端安装真空压力表22-2，监测可视化爆炸系统内部初始压力，并在其连接部位安装球阀进行保护。可视化爆炸容器1左上侧连接球阀并与真空泵20相连，实现容器内部设定的真空度，进而调控起爆时的初始压力（真空度）和喷粉压力（即湍流强度）。可视化爆炸容器1左下侧连接球阀并与压缩机21相连，进而实现起爆时不同初始压力（超压），以及对气体或气体/粉尘复合爆炸后产物的吹扫，实现外界新鲜空气与容器内部产物的置换。

所述点火系统由点火电极4、可调高压点火器11、同步控制器17和程序控制与数据采集系统18组成。通过高压放电方式实现可燃介质的引燃，其原理如图3所示。在此，点火电极通过螺纹连接安装于可视化爆炸容器1左侧壁面中心位置，通过电极丝置于可视化爆炸容器1内部进行高压放电点火。通过调节电极丝长度可改变点火位置；通过可调高压点火器11控制点火能量；通过程序控制与数据采集系统18和同步控制器17实现点火电极4的开启与关闭（即调控放电时刻和时长）。

所述供气系统由气瓶气源23-1和23-2，预混罐15和真空压力表22-1组成。预混罐15顶部安装真空压力表22-1测定其内部预混气体压力，通过气体分压定律可配置容器内部预混气体的浓度。侧壁开有螺纹孔与气瓶气源23-1、23-2和喷粉系统相连。通过供气系统可配置不同种类、浓度和压力的预混气体，调控喷粉压力及气体的种类和浓度。

所述喷粉系统由哈特曼喷粉装置3（结构示意图如图4所示）、单向阀16、电磁阀25、同步控制器17和程序控制与数据采集系统18及管路组成。哈特曼喷粉装置3安装于容器端盖法兰2-2上，通过管路与单向阀16和电磁阀25相连。电磁阀25（常闭）通过球阀与预混罐15连接，粉尘置于哈特曼喷粉装置3的粉尘槽内部，通过电磁阀的开启与关闭，高压预混气体通过管路将粉尘槽内粉尘扬起并均匀弥散于可视化爆炸容器1内部，形成气固均匀分布的可燃性爆炸混合介质。通过改变电磁阀的开启与关闭时刻，调控喷粉扬尘时刻和弥散时间。将不同物性参数的粉尘（包括粉尘种类、粉尘粒径、粉尘湿度、粉尘浓度、多相粉体、粉尘成分等）置于粉尘槽内部，实现不同物性参数粉尘爆炸泄放动力学特性及泄爆装置性能测试研究。单向阀16能够防止火焰和压力波沿着管道反向传播至预混罐15内部。

所述泄爆系统由泄爆导管26、泄爆膜5、端面泄爆法兰6、可视化泄爆管道7-1、7-2和7-3以及泄爆装置10组成。可视化爆炸容器1右侧开孔设置泄爆导管26，在泄爆导管26的端口安装泄爆膜5，并通过端面泄爆法兰6压紧泄爆膜5。此设计主要用于在试验中对泄爆膜5破膜压力和泄爆口径的测试。可视化泄爆管道可由可视化泄爆管道7-1或可视化泄爆管道7-2或可视化泄爆管道7-3中的一个或多个通过螺栓连接组成，其具体长度可以根据实际试验需要选择安装；可视化泄爆管道的一侧端口安装有泄爆装置10。可视化泄爆管道主要用于在试验中对泄爆管道内部火焰传播特性和爆炸参数的测试。泄爆装置10的主要用于对泄爆装置10的阻爆性能进行测试。在研究泄爆管道内部火焰传播特性的试验中，将泄爆导管26端口处的泄爆法兰6拆卸（泄爆膜5任保留），在泄爆导管26端口安装可视化泄爆管道7-1及泄爆装置10。通过改变泄爆膜5的厚度、层数和材质可改变破膜压力，破膜压力能够明显影响泄爆过程中爆炸参数的变化。图5为基于本发明装置测定的不同破膜压力下氢气爆炸泄放过程中泄放管道内部压力变化曲线。

可以看出，压力曲线存在一个最大峰值，且随着破膜压力的增大泄放管道内最大爆炸压力随之增大。基于实验数据和理论分析可获得最大压力峰值与破膜压力的对应关系如下公式所示：

（1）

式中：

破膜压力决定可视化爆炸容器1内爆炸释放时的强度，破膜压力越大，可视化爆炸容器1内部爆炸反应发生愈加彻底，产生爆炸超压越高。同时，泄爆膜5破裂后火焰在可视化泄爆管道7-1、7-2和7-3中不断加速传播，导致可视化泄放管道7-1、7-2和7-3中的爆炸超压进一步增大。因此，安全设计过程中要在保证容器安全的基础上还要考虑可视化泄爆管道7-1、7-2和7-3中压力变化。此外，通过改变端面泄爆法兰6开口尺寸可改变泄爆面积；通过改变可视化泄爆管道的数量可改变泄爆导管长度，同时可观测与分析泄爆管道7-1、7-2和7-3内部火焰传播特性；通过可视化泄爆管道7-3右侧安装泄爆装置10，进行泄爆装置性能的测试并分析安装后对其管道内、外部爆炸流场和爆炸参数的影响。

所述压力采集系统由高频压力传感器8-1~8-8、同步控制器17和程序控制与数据采集系统18组成。高频压力传感器8-1安装于容器端盖法兰2-1上中心区域，采集泄爆过程中可视化爆炸容器1内部压力变化。高频压力传感器8-2安装于泄爆导管26壁面上，采集泄爆过程中冲击波进入管内部压力变化过程。高频压力传感器8-3、8-4和8-5在泄爆口外部等间距安装，采集泄放火焰传播至外部开场空间以及安装泄爆装置后对外部压力场的影响。高频压力传感器8-6、8-7和8-8安装于可视化泄爆管道7-1、7-2、7-3的壁面上，采集火焰穿过泄爆管道后其内部压力分布变化。图6为基于本发明装置测定的高频压力传感器8-1、8-2、8-3和8-4采集的压力随时间的变化曲线。

所述温度采集系统由高频温度热电偶9-1~9-8、同步控制器17和程序控制与数据采集系统18组成。高频温度热电偶9-1安装于容器端盖法兰2-1上中心区域，采集泄爆过程中可视化爆炸容器1内部火焰温度变化。高频温度热电偶8-2安装于泄爆导管26中心壁面上，采集泄爆过程中火焰进入导管内部温度变化过程。高频温度热电偶9-3、9-4和9-5在泄爆口外部等间距安装，采集泄放火焰传播至外部开场空间后温度分布变化，以及安装泄爆装置后对外部温度场的影响。高频温度热电偶9-6、9-7和9-8安装于可视化泄爆管道7-1、7-2、7-3的壁面上，采集泄爆火焰在可视化泄爆管道7-1、7-2、7-3内部传播过程中温度分布变化。同时，结合高速红外热成像仪14，采集泄爆过程中可视化爆炸容器1和可视化泄爆管道7-1、7-2和7-3内部流场，以及泄放容器外部温度场的分布演变过程。图7为基于本发明装置测定的氢气爆炸泄放过程外流场温度场随时间分布变化过程。

所述图像采集系统由高速摄像机12、同步控制器17和程序控制与数据采集系统18组成。通过高速摄像采集系统可对可视化爆炸容器1、可视化泄爆管道7-1、7-2、7-3，以及外部流场气体或气体/粉尘复合爆炸火焰演变及传播过程进行图像采集。同时，对泄爆装置10进行性能测试并判断是否阻火成功。

所述纹影采集系统由高速纹影仪13、同步控制器17和程序控制与数据采集系统18组成。通过高速纹影采集系统可对可视化爆炸容器1、可视化泄爆管道7-1、7-2、7-3，以及外部流场气体或气体/粉尘复合爆炸泄放过程微观流场结构演变及发展过程进行图像采集，分析气固复合爆炸泄爆和阻爆过程中流场的发展与变化过程。基于本发明装置及试验数据，获得30%浓度氢气爆炸泄放过程中泄爆口流场微观结构分布变化规律，如图8所示。通过对比不同泄爆面积实验可以发现，泄放面积较小时，外部流场不稳定区域宽度较小，射流程度越高且流场不稳定性越强。

所述油浴加热系统由夹套19、油浴加热器24组成。预混罐15连接油浴加热器24，其外部设有夹套19。通过油浴加热器24控制夹套内部油浴温度，进而改变预混罐15内部预混气体的环境温度，实现进入可视化爆炸容器1内部气固复合爆炸过程中初始温度的调控。初始温度对气体和粉尘爆炸强度有显著的影响，如公式（2）所示：

（2）

式中：

通过可视化的爆炸泄放过程中爆炸参数（泄爆压力、泄爆温度、泄爆火焰传播特性、流场微观结构）的综合分析，实现了泄爆过程中泄爆容器内部、泄爆导管及外部流场全流程的监测与数据采集，包括压力场、温度场、速度场、密度场等多物理场耦合作用过程。特别是安装泄爆装置后多物理场参数的变化与耦合作用影响。结合快速响应的爆炸参数采集系统，获得爆炸参数分布变化规律（包括爆炸压力、爆炸温度、火焰传播特性、流场微观结构）。同时，实现多参数影响下的气体或气体/粉尘复合爆炸泄放过程动力学特性研究，以及多工况条件下的泄爆装置性能检测研究，提出泄爆阻火成功的判据，判定准则如公式（3）所示。

（3）

式中：粉尘浓度

通过一种多参数影响下气体-粉尘复合爆炸泄放动力学特性及泄爆性能测试可视化装置，实现单相气体、单相粉尘、气体-粉尘复合爆炸泄放动力学特性的影响因素研究及泄爆装置性能测试。影响因素主要包括：（1）单相气体影响因素包括：气体种类、气体浓度、多组分气体（包括多相可燃气体和惰性气体参与）；（2）单相粉体影响因素包括：粉尘种类、粉尘粒径、粉尘湿度、粉尘浓度、多相粉体、粉尘成分等；（3）气体-粉尘复合影响因素包括：粉尘物性参数和气体特性参数；（4）工况条件包括：喷粉压力（即湍流强度）及时刻、初始压力、初始温度、点火及延迟时间、点火能、点火位置、破膜压力、泄放口径、泄放导管长度等。采集的泄爆参数包括：（1）容器内部爆炸压力、爆炸温度、火焰演变过程、微观流场发展过程，特别是进入泄爆口火焰和微观流场结构的演变过程；（2）容器外部包括：火焰传播特性、流场微观结构、火焰温度和爆炸压力分布变化特性；特别是容器外部流场二次爆炸发生条件、影响因素及变化特性，以及压力场、温度场、密度场、速度场等多物理场的耦合作用过程。（3）泄爆管道内部包括：爆炸压力、火焰温度、火焰传播特性及流场微观结构发展变化过程。

本发明装置的工作过程如下：

（1）安装确定破膜压力的泄爆膜5和端面泄爆法兰6并关闭所有阀门。检查多参数影响下气体-粉尘复合爆炸泄放动力学特性及泄爆性能测试可视化装置，保障各系统及管线连接完好。

（2）如研究泄爆导管的安装对泄爆过程中可视化爆炸容器1内外部流场的影响，可安装不同长度的可视化泄爆管道（7-1、7-2和7-3）。此外，如进行泄爆装置10的性能测试，可将其安装于可视化泄爆管道（7-3）端部。之后，检查与调试程序控制与数据采集系统，确保其有效且准确的进行程序的控制与数据的采集。

（3）在哈特曼粉尘装置3内部盛放确定质量的粉尘，并将可视化爆炸容器1的上端盖法兰2-1通过螺栓固定密封。如仅进行气相爆炸泄放研究，粉尘槽内部不将放置粉尘；如仅进行单相粉尘爆炸泄放研究，预混罐15内部可仅采用空气进行扬尘。

（4）预混罐15内部配制所需浓度的预混可燃气体（采用道尔顿分压定律方法配置）。保证预混罐体15内部配置的预混气体将哈特曼喷粉装置粉尘槽内的粉尘扬起并均匀分布于可视化爆炸容器1内部。确保在点火时达到预定的初始压力和预定的预混气体浓度。同时，开启油浴加热器24，实现进入可视化爆炸容器1内部不同爆炸初始温度预混气体的调控。此外，通过真空压力表22-1来监测喷粉压力。

（5）开启真空泵20及其与可视化爆炸容器1的阀门，实现可视化爆炸容器1内部不同的真空度，并通过真空压力表22-2进行监测，实现不同爆炸初始压力的调控，之后关闭真空泵20与可视化爆炸容器1连接的阀门。

（6）通过程序控制与数据采集系统18和同步控制器17控制可调高压点火器11（调控点火能量）引燃预混气体或气体/粉尘复合爆炸介质，通过改变可燃气体（气体种类、气体浓度、多组分气体）和粉尘特性参数（粉尘种类、粉尘粒径、粉尘湿度、粉尘浓度、多相粉体、粉尘成分等）可实现不同预混气体或气体/粉尘复合爆炸的泄放，实现多参数影响下气体-粉尘复合爆炸泄放动力学特性研究及泄爆装置的性能测试。

（7）通过程序控制与数据采集系统18和同步控制器17，以及安装在可视化爆炸容器1、泄爆导管26、可视化泄爆管道（7-1、7-2和7-3）和外部流场的高频压力传感器8-1~8-8，采集不同工况条件下可视化爆炸容器1内外部及泄放导管（7-1、7-2和7-3）内部的爆炸压力值。特别是安装泄爆装置10后对可视化爆炸容器1内外部爆炸流场压力的影响。

（8）通过程序控制与数据采集系统18和同步控制器17，以及安装在可视化爆炸容器1、泄爆导管26、可视化泄爆管道（7-1、7-2和7-3）和外部流场的高频温度热电偶9-1~9-8，采集不同工况条件下可视化爆炸容器1内外部、可视化泄爆管道（7-1、7-2和7-3）内部的爆炸火焰温度值。特别是安装泄爆装置10后对其内部爆炸火焰温度的影响。

（9）通过程序控制与数据采集系统18和同步控制器17控制高速摄像机12的开启与图像数据的采集。对可视化爆炸容器1内部预混气体或气体/粉尘的扬尘以及被引燃后火焰形态发展过程进行图像采集，特别是泄爆口的存在和受壁面阻挡冲击波反向传播作用于泄放火焰的传播过程。同时，采集爆炸火焰在可视化泄爆管道（7-1、7-2和7-3）内部及其受泄爆装置10阻挡后其内部爆炸火焰传播特性，以及泄放至外部流场空间火焰形态发展过程。实现气体-粉尘复合爆炸泄放火焰传播特性全流程监测与研究。

（10）通过程序控制与数据采集系统18和同步控制器17控制高速纹影仪13的开启与图像数据的采集。对可视化爆炸容器1内部预混气体或气体/粉尘被引燃后微观流场结构的演变过程进行采集，特别是泄爆口的存在和受壁面阻挡冲击波反向传播对爆炸流场微观结构的影响。同时，采集可视化泄爆管道（7-1、7-2和7-3）内部及其受泄爆装置10阻挡后其内部流场微观结构，以及泄放至外部爆炸流场微观结构的发展过程。实现气体-粉尘复合爆炸泄放流场微观结构全流程监测与研究。

（11）通过程序控制与数据采集系统18和同步控制器17控制高速红外热成像仪14的开启与温度数据的采集。对可视化爆炸容器1内部预混气体或气体/粉尘的扬尘以及被引燃后火焰流场温度分布变化规律，特别是泄爆口的存在和受壁面阻挡冲击波反向传播对其内部流场温度分布的影响。同时，采集可视化泄爆管道（7-1、7-2和7-3）内部及其受泄爆装置10阻挡后温度场的分布，以及泄放至外部流场后火焰温度场的分布特征。实现气体-粉尘复合爆炸泄放过程中温度场特征变化全流程监测与研究。

(12) 开启压缩机20对可视化爆炸容器1和可视化泄爆管道（7-1、7-2和7-3）内部的爆炸产物进行吹扫，使爆炸产物与外界新鲜空气实现置换。完毕后更换泄爆膜5开展下组实验。

有益效果

（1）本发明能够实现气体-粉尘复合爆炸泄放动力学特性及泄爆装置性能测试关键技术方面研究，多参数工况条件下的爆炸泄放动力学特性及泄爆装置性能测试关键技术研究。

（2）本发明能够结合可视化爆炸容器和泄爆导管内部及外部的压力场、温度场、密度场、速度场等多物理场的耦合作用过程进行全程完整的监测与数据采集，能够更准确、更直观、更深入的获得气体-粉尘复合爆炸泄放动力学特性及多参数对其耦合作用过程的影响机制。

（3）本发明可分别进行单相气体、单相固体和气固两相复合爆炸泄放动力学特性及影响因素研究，也可用于单相或气固多相可燃介质爆炸泄放装置的性能测试研究与检测。

（4）本发明通过自编程序控制与数据采集系统，能够实现各子系统执行操作的先后顺序，以及执行时间及其间隔时间的设定，确保采集的压力场、温度场、密度场、速度场等多物理场参数数据在空间和时间上的准确对应。

（5）相比于传统实验装置，本发明具有方案设计新颖性、实验内容多样性，即可变参数多、可视化效果好、实验结果直观展现等特点，为石化企业容器爆炸泄放的安全防护设计提供理论指导与技术支撑。

（6）本发明构造合理、性能稳定，易操控、便于开展工贸企业涉爆容器与管道上的爆炸泄放装置性能测试，以及影响因素和影响机理的研究。