一种非均匀氢气云爆炸双火焰测试系统及方法

1.本发明涉及氢气泄漏爆炸危险测试的技术领域，尤其是一种非均匀氢气云爆炸双火焰测试系统，还涉及应用该测试系统的非均匀氢气云爆炸双火焰测试方法。


背景技术：

2.氢气具有无污染、来源广泛、高热值等特点，其燃烧产物是水，可以实现零碳排放的目标。氢能作为现代能源结构中重要的组成部分，在交通运输业的利用正备受关注。
3.同时，氢气具有扩散速率大、燃烧极限范围宽、点火能低和层流燃烧速率高的特点。在氢能利用的制、储、运等工业环节，意外的点火源可能诱导极具危险性的氢气爆炸事故。这些氢气火灾爆炸事故大多是因为涉氢的受限空间内发生氢气泄漏，氢气因其密度低，聚集在受限空间的顶部形成非均匀的氢-空云团即非均匀氢气。当氢气泄漏持续发生的受限空间内出现意外氢气爆炸时，结构物将受到爆炸超压，以及氢气喷射火焰和氢气爆燃火焰所形成的“双火焰”的耦合灾害作用。
4.因此，开展氢气爆炸特性测试的研究，揭示爆炸超压峰值的诱导机制、火焰与压力的耦合机理，对预防氢气爆炸灾害和指导涉氢构筑物的安全设计具有重要的现实意义。
5.然而，目前关于氢气爆炸特性的研究大量集中在均匀预混后的氢-空混合物爆炸特性的实验研究方面，考虑真实事故背景的非均匀氢气爆炸特性和火焰行为的测试研究非常匮乏。


技术实现要素：

6.为了克服现有技术中缺乏因氢气泄漏引发的非均匀氢-空可燃物爆炸特性测试的技术问题，本发明提出了一种非均匀氢气云爆炸双火焰测试系统及方法。
7.为实现上述目的，本发明公开一种非均匀氢气云爆炸双火焰测试系统，包括：抗爆舱室、泄漏控制子系统、数据记录子系统以及点火子系统。
8.抗爆舱室的一侧为透明观察侧。
9.泄漏控制子系统用于向抗爆舱室提供形成非均匀氢气云所需的氢气。泄漏控制子系统包括氢气瓶组、缓冲罐、压力监测模块、第一喷嘴、第二喷嘴、第一电磁阀和第二电磁阀。氢气瓶组的供气端与缓冲罐的进气口连通，且供气端设置用于调节流量的供气阀门。压力监测模块用于采集缓冲罐内的压力值一。缓冲罐的出气口通过两条支路分别与第一喷嘴和第二喷嘴连接。第一电磁阀和第二电磁阀分别设置在两条支路上，且分别用于调节第一喷嘴和第二喷嘴二者与缓冲罐的连通状态。第一喷嘴位于抗爆舱室的内部。第二喷嘴位于抗爆舱室的外部。其中，第一喷嘴和第二喷嘴的结构，以及各自对应支路的结构均保持一致。
10.数据记录子系统包括图像采集模块和多组压力采集模块。图像采集模块用于透过透明观察侧采集抗爆舱室内的图像。各组压力采集模块沿高度方向依次安装在位于抗爆舱室的侧壁面上，并分别用于采集抗爆舱室的内部各采集点处的压力值二。
11.点火子系统用于引燃非均匀氢气云。
12.作为上述方案的进一步改进，泄漏控制子系统还包括三通接头、第一不锈钢管和第二不锈钢管。三通接头的其中一端与缓冲罐的出气口连接，另外两端分别与第一不锈钢管、第二不锈钢管连接，由此构成两条支路。第一不锈钢管和第二不锈钢管二者的末端分别连接第一喷嘴和第二喷嘴。
13.作为上述方案的进一步改进，泄漏控制子系统还包括第一质量流量计和第二质量流量计。第一质量流量计和第二质量流量计分别设置在两条支路上，分别与第一电磁阀和第二电磁阀对应。沿着每条支路上的氢气传输方向，每个质量流量计位于对应电磁阀的下游。
14.作为上述方案的进一步改进，泄漏控制子系统还包括时间继电器。时间继电器分别与第一电磁阀和第二电磁阀电性连接，以分别切换第一电磁阀和第二电磁阀的通电状态。
15.作为上述方案的进一步改进，点火子系统包括点火电极和脉冲点火器。点火电极与脉冲点火器之间电性连接，脉冲点火器与时间继电器之间电性连接，用于控制点火电极通电以引燃非均匀氢气云。
16.作为上述方案的进一步改进，抗爆舱室采用立方体结构，其顶面的中心处设置有泄放口，泄放口用于泄放非均匀氢气云产生的爆炸超压。抗爆舱室至少包括第一侧面、第二侧面和第三侧面。第一侧面为透明的有机玻璃即透明观察侧。第二侧面上开设有分别与多组压力采集模块对应的多处螺纹孔，用于安装各组所述压力采集模块。第三侧面上设置有防爆门。抗爆舱室的底面中心处开设有圆形洞口，用于供第一喷嘴及相应的支路穿过。
17.作为上述方案的进一步改进，压力采集模块采用压力传感器。图像采集模块采用高速相机。
18.其中，数据记录子系统还包括信号调理仪、示波器和同步触发器。各组压力采集模块与信号调理仪之间相连。信号调理仪与示波器相连。图像采集模块和示波器分别连接至同步触发器。
19.作为上述方案的进一步改进，第一喷嘴与抗爆舱室的底面之间的距离可调。
20.本发明还公开一种非均匀氢气云爆炸双火焰测试方法，其应用于上述的非均匀氢气云爆炸双火焰测试系统。测试方法包括如下步骤：s1.设定第一喷嘴与抗爆舱室的底面之间的距离h。
21.s2.同时关闭第一电磁阀，开启第二电磁阀以及供气阀门，以使氢气进入缓冲罐并从第二喷嘴泄漏至抗爆舱室外部的开放空间环境中，并实时监测缓冲罐内的压力值一p。
22.s3.确定当前开展的测试研究项目类别。其中，若开展恒定压力泄漏的氢气云爆炸双火焰测试研究，则执行s31。若开展非恒定压力泄漏的氢气云爆炸双火焰测试研究，则执行s32。
23.s31.当压力值一p小于一个预设压力阈值一pc时，通过控制供气阀门增大进入缓冲罐的氢气流量。当p=pc时，保持供气阀门的开启，通过控制供气阀门调节进入缓冲罐的氢气流量以维持p=pc直至测试结束。
24.在获取到一个触发信号时，同时开启第一电磁阀，关闭第二电磁阀，并在此后的延迟时间t1引燃非均匀氢气云，延迟时间t2关闭第一电磁阀，即非均匀氢气云的引燃时间与
第一电磁阀的关闭时间的间隔为t2-t1。其中，t1＜t2。
25.s32.当压力值一p小于一个预设压力阈值二pic时，通过控制供气阀门增大进入缓冲罐的氢气流量。当p=pic时，同时关闭供气阀门和第二电磁阀，开启第一电磁阀，并在此后的延迟时间t1引燃非均匀氢气云，延迟时间t2关闭第一电磁阀。
26.其中，在s31和s32引燃非均匀氢气云的同时，同步采集抗爆舱室内的图像以及压力值二的数据。
27.作为上述方案的进一步改进，测试系统的泄漏控制子系统还包括时间继电器。时间继电器分别与第一电磁阀和第二电磁阀电性连接，以分别切换第一电磁阀和第二电磁阀的通电状态。其中，第一电磁阀采用常闭型的氢气电磁阀，第二电磁阀采用常开型的氢气电磁阀。测试系统的点火子系统还包括点火电极和脉冲点火器。点火电极与脉冲点火器之间电性连接，脉冲点火器与时间继电器之间电性连接，用于控制点火电极通电以引燃非均匀氢气云。
28.其中，在s1设定距离h后，还在时间继电器上设定点火电极通电的延迟时间t1，设定第一电磁阀断电的延迟时间t2，t1＜t2，设定第二电磁阀为无延迟时间通电。在s31中，通过按下时间继电器的开关以得到触发信号。在s32中，当p=pic时，还同时按下时间继电器的开关。
29.本发明的优点在于：（1）本发明提出的非均匀氢气云爆炸双火焰测试系统，通过泄漏控制子系统向抗爆舱室内提供氢气，在抗爆舱室内部形成非均匀氢气云后通过点火子系统进行引燃，从而模拟实际氢气泄漏所引发的火灾爆炸事故，并利用数据记录子系统实时采集爆炸超压以及火焰图像，以供测试氢气泄漏诱导的非均匀氢-空可燃物爆炸特性，对指导涉及氢能利用的建筑物或构筑物的结构安全设计具有重要的现实意义。
30.（2）本发明提出的泄漏控制子系统不仅可以实现基于恒定压力泄漏的氢气云爆炸双火焰测试研究，还可以实现基于非恒定压力泄漏的氢气云爆炸双火焰测试研究，通过将第一喷嘴和第二喷嘴所在的两条输氢支路设计成完全相同的一致结构，解决了现有技术中难以准确控制氢气泄漏时间和氢气释放压力的问题，从而确保了非均匀氢气云爆炸双火焰测试结果的科学性和严谨性。
31.（3）本发明提出采用单个时间继电器实现远程自动控制输氢管路的切换、氢气泄漏时间以及点火时间的计时，不仅确保非均匀氢气云爆炸双火焰测试结果的准确性，而且提高了可燃气体爆炸测试过程的安全性。
32.（4）本发明提出第一喷嘴与抗爆舱室的底面之间的距离可调实现了不同高度氢气泄漏的测试场景，同时结合基于时间继电器的泄漏时间可调和基于泄漏控制子系统的氢气泄漏压力可调的技术方案，增加了测试工况的耦合性和多样性。
33.（5）本发明通过采用信号调理仪、示波器和同步触发器的协同工作技术方案，实现了同步记录非均匀氢气云爆炸超压数据与火焰行为图片，具有爆炸超压与火焰行为耦合分析的技术优点。
34.（6）本发明提出的非均匀氢气云爆炸双火焰测试方法通过应用于上述测试系统，其产生的技术效果与上述测试系统的有益效果相同，在此不再赘述。
附图说明
35.图1为本发明实施例1中非均匀氢气云爆炸双火焰测试系统的架构图；图2为图1中抗爆舱室的顶面结构示意图；图3为图1中抗爆舱室的第二侧面结构示意图；图4为图1中抗爆舱室的第三侧面结构示意图；图5为图1中抗爆舱室的底面结构示意图；图6为本发明实施例1中缓冲罐的结构示意图；图7为本发明实施例1中三通接头的结构示意图；图8为图1中泄漏控制子系统的管路连接结构示意图；图9为本发明实施例2中非均匀氢气云爆炸双火焰测试方法的流程图。
36.附图标记说明：1、缓冲罐；2、支座；3、压力表；4、压力显示仪；5、三通接头；6、第一不锈钢管；7、第二不锈钢管；8、第一喷嘴；9、第二喷嘴；10、第一质量流量计；11、第二质量流量计；12、第一电磁阀；13、第二电磁阀；14、时间继电器；15、第一导线；16、输氢防爆管；17、氢气瓶组；18、抗爆舱室；19、顶面；20、第一侧面；21、第二侧面；22、第一螺纹孔；23、第二螺纹孔；24、第三螺纹孔；25、第四螺纹孔；26、第五螺纹孔；27、第三侧面；28、底面；29、第一压力传感器；30、第二压力传感器；31、第三压力传感器；32、第四压力传感器；33、第五压力传感器；34、信号调理仪；35、示波器；36、同步触发器；37、高速相机；38、信号线；39、点火电极；40、脉冲点火器；41、第二导线；42、防爆门；43、泄放口；44、圆形洞口；45、第六螺纹孔；46、第七螺纹孔；47、第八螺纹孔；48、第三接头；49、第一接头；50、第二接头。
具体实施方式
37.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
38.实施例1请参阅图1，本实施例提供一种非均匀氢气云爆炸双火焰测试系统，可测试氢气泄漏诱导的非均匀氢-空可燃物爆炸特性。该测试系统包括：抗爆舱室18、泄漏控制子系统、数据记录子系统以及点火子系统。
39.请结合图2至图5，抗爆舱室18可以采用立方体的结构体。抗爆舱室18的顶面19的中心处设置有泄放口43，用于泄放非均匀氢气云爆炸双火焰产生的爆炸超压。抗爆舱室18的第一侧面20可采用透明的有机玻璃，其作为图像采集的透明观察侧。抗爆舱室18的第二侧面21沿高度方向可依次预留多个螺纹规格为m20
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1.5的螺纹孔，即第一螺纹孔22、第二螺纹孔23、第三螺纹孔24、第四螺纹孔25和第五螺纹孔26。抗爆舱室18的第三侧面27可设置防爆门42，用于相关的测试人员出入舱室，进行调试或检修。抗爆舱室18的底面28中心处预留直径为12mm的圆形洞口44。
40.请参阅图6至图8，泄漏控制子系统用于向抗爆舱室18提供形成非均匀氢气云所需的氢气。泄漏控制子系统包括氢气瓶组17、缓冲罐1、压力监测模块、第一喷嘴8、第二喷嘴9、
第一电磁阀12和第二电磁阀13，还可以包括三通接头5、第一不锈钢管6、第二不锈钢管7、第一质量流量计10、第二质量流量计11和时间继电器14。
41.缓冲罐1可以通过螺纹规格为m10的螺栓固定在支座2上。缓冲罐1上可开设有三个螺纹孔，即第六螺纹孔45、第七螺纹孔46和第八螺纹孔47，用于与外部的管路或元件实现连通及安装。氢气瓶组17的供气端与缓冲罐1的进气口（即第八螺纹孔47）连通，且供气端设置用于调节流量的供气阀门。本实施例中，氢气瓶组17的供气端可通过输氢防爆管16与第八螺纹孔47相连。
42.压力监测模块用于采集缓冲罐1内的压力值一。本实施例中，压力监测模块可采用压力表3，可安装在缓冲罐1上的第六螺纹孔45，第六螺纹孔45可以是四英分管螺纹孔。压力表3可以通过导线与压力显示仪4相连，供测试人员直观地获取缓冲罐1的压力数据。
43.缓冲罐1的出气口即第七螺纹孔46通过两条支路分别与第一喷嘴8和第二喷嘴9连接。具体地，第七螺纹孔46可以是二英分管螺纹孔，其安装三通接头5。如图7所示，三通接头5具有三个接头：第一接头49、第二接头50和第三接头48，图7中的箭头表示氢气的可输送方向。本实施例中，三通接头5的第三接头48安装在缓冲罐1的第七螺纹孔46上。而第一接头49与第一不锈钢管6连接，第二接头50与第二不锈钢管7连接，从而构成两条支路。第一不锈钢管6和第二不锈钢管7二者的末端分别连接第一喷嘴8和第二喷嘴9。其中，第一不锈钢管6及第一喷嘴8可以一同穿过抗爆舱室18的底面28开设的圆形洞口44，从而实现氢气从第一喷嘴8处泄漏扩散至抗爆舱室18内形成非均匀氢气云，圆形洞口44与第一不锈钢管6的间隙可以设置橡胶圈等密封件，从而避免进入抗爆舱室18内的氢气从间隙中逸出。喷嘴和不锈钢管之间可以是螺纹连接，螺纹尺寸为二英分的管螺纹。
44.另外，第一喷嘴8与抗爆舱室18的底面28之间的距离可调。具体地，支座2可采用可升降的支撑结构，其可以为手动，也可以通过电动控制，例如气缸、电推杆等线性执行器。通过将第一喷嘴8与抗爆舱室18的底面28之间的距离设置为可调，实现了不同高度氢气泄漏的测试场景，同时结合基于时间继电器14的泄漏时间可调和基于泄漏控制子系统的氢气泄漏压力可调的技术方案，增加了测试工况的耦合性和多样性。
45.第一电磁阀12和第二电磁阀13分别设置在两条支路上，即第一不锈钢管6和第二不锈钢管7上，且分别用于调节第一喷嘴8和第二喷嘴9二者与缓冲罐1的连通状态。第一喷嘴8位于抗爆舱室18的内部。第二喷嘴9位于抗爆舱室18的外部。其中，第一喷嘴8和第二喷嘴9的结构设计完全一致，第一不锈钢管6和第二不锈钢管7的结构设计完全一致。其中，第一电磁阀12采用常闭型的氢气电磁阀，第二电磁阀13采用常开型的氢气电磁阀。
46.时间继电器14可分别通过多根第一导线15与第一电磁阀12和第二电磁阀13电性连接，以分别切换第一电磁阀12和第二电磁阀13的通电状态。本实施例中，时间继电器14可采用市售的多路控制的时间继电器14，从而实现泄漏控制子系统能够精准地控制氢气泄漏的时间。当然，在其他实施例中，也可将时间继电器14替换为其他控制元件，只要能够及时或在预设延迟时间后精确地调节电磁阀状态即可，在此不再赘述。
47.另外，第一质量流量计10和第二质量流量计11分别设置在第一不锈钢管6和第二不锈钢管7上，分别与第一电磁阀12和第二电磁阀13对应。沿着每条不锈钢管的氢气传输方向，每个质量流量计位于对应电磁阀的下游，从而可以检测经过电磁阀的氢气流量，为测试研究提供数据支撑。
48.数据记录子系统包括图像采集模块和多组压力采集模块，还可以包括信号调理仪34、示波器35和同步触发器36。
49.图像采集模块用于透过透明观察侧采集抗爆舱室18内的图像。本实施例中，图像采集模块可采用高速相机37，可布置在抗爆舱室18的玻璃面正前方，能够拍摄到非均匀氢气云爆炸双火焰。
50.各组压力采集模块沿高度方向安装在位于抗爆舱室18的侧壁面上，并用于采集抗爆舱室18的内部各采集点处的压力值二。 本实施例中，压力采集模块可采用压力传感器。压力传感器的数量可设置为五组，即第一压力传感器29、第二压力传感器30、第三压力传感器31、第四压力传感器32和第五压力传感器33，分别安装在抗爆舱室18的第二侧面21的五个预留的螺纹孔上，用于测量非均匀氢气云爆炸双火焰的爆炸超压。当然，在其他实施例中，压力传感器也可以根据测试需求设置为其他数量。上述五组压力传感器可分别通过多根信号线38与信号调理仪34之间相连，信号调理仪34与示波器35之间也可通过单独的信号线38相连，高速相机37和示波器35也可通过单独的信号线38连接至同步触发器36。
51.点火子系统用于引燃非均匀氢气云。本实施例中，点火子系统可以包括点火电极39、脉冲点火器40，还可以包括第二导线41。点火电极39与脉冲点火器40之间可通过一条第二导线41连接，脉冲点火器40与时间继电器14还可以通过另一条第二导线41连接，从而也能通过按下时间继电器14的开关实现延时点火，在抗爆舱室18内形成非均匀氢气云后进行引爆。
52.实施例2本实施例提供一种非均匀氢气云爆炸双火焰测试方法，其可以应用于实施例1中的非均匀氢气云爆炸双火焰测试系统。由图9所示，测试方法包括如下步骤：s1.设定第一喷嘴8与抗爆舱室18的底面28之间的距离h。
53.在时间继电器14上设置点火电极39通电的延迟时间t1=100s，设定第一电磁阀12断电的延迟时间t2=120s（即点火电极39通电时间与第一电磁阀12断电时间的间隔为20s），设定第二电磁阀13是无延迟时间通电。
54.s2.同时关闭第一电磁阀12，开启第二电磁阀13以及供气阀门，以使氢气进入缓冲罐1并从第二喷嘴9泄漏至抗爆舱室18外部的开放空间环境中，并实时监测缓冲罐1内的压力值一p。
55.s3.确定当前开展的测试研究项目类别。其中，若开展恒定压力泄漏的氢气云爆炸双火焰测试研究，则执行s31。若开展非恒定压力泄漏的氢气云爆炸双火焰测试研究，则执行s32。
56.s31.当压力值一p小于一个预设压力阈值一pc时，通过控制供气阀门增大进入缓冲罐1的氢气流量。当p=pc时，保持供气阀门的开启，通过控制供气阀门调节进入缓冲罐1的氢气流量以维持p=pc直至测试结束。本实施例中，预设压力阈值一pc为2.0mpa。
57.在获取到一个触发信号时，同时开启第一电磁阀12，关闭第二电磁阀13，并在此后的延迟时间t1引燃非均匀氢气云，延迟时间t2关闭第一电磁阀12。
58.由于在设置距离h后还预先设置了时间继电器14，在按下时间继电器14的开关时：第二电磁阀13通电会立刻关闭第二不锈钢管7的氢气流通，第一电磁阀12也会立刻通电并开启第一不锈钢管6的氢气流通。而第一电磁阀12会在之后的120s自动断电并关闭第一不
锈钢管6的氢气流通，停止向抗爆舱室18内提供氢气。在按下时间继电器14开关后的100s，点火引燃非均匀氢气云产生爆炸。
59.本实施例中，采用时间继电器14对电磁阀、点火器进行开关控制，则按下时间继电器14的开关即产生上述触发信号。当然在其他实施例中，也可根据本测试方法设置开启、关闭时序，直接通过控制器来实现各执行步骤。
60.s32.当压力值一p小于一个预设压力阈值二pic时，通过控制供气阀门增大进入缓冲罐1的氢气流量。当p=pic时，同时关闭供气阀门和第二电磁阀13，开启第一电磁阀12，并在此后的延迟时间t1引燃非均匀氢气云，延迟时间t2关闭第一电磁阀12。本实施例中，预设压力阈值二pic为10.0mpa。
61.对于s32来说，当p=pic时，即可按下时间继电器14的开关。
62.其中，在s31和s32引燃非均匀氢气云的同时，同步采集抗爆舱室18内的图像以及压力值二的数据。本实施例中，可以在按下时间继电器14的开关后，随即按下同步触发器36的开关，完成一次测试。
63.当然，对于本领域技术人员而言，本发明不限于上述示范性实施例的细节，而还包括在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现的相同或类似结构。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
64.此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
65.本发明未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。

技术特征：
1.一种非均匀氢气云爆炸双火焰测试系统，其特征在于，包括：抗爆舱室（18），其一侧为透明观察侧；泄漏控制子系统，其用于向抗爆舱室（18）提供形成非均匀氢气云所需的氢气；所述泄漏控制子系统包括氢气瓶组（17）、缓冲罐（1）、压力监测模块、第一喷嘴（8）、第二喷嘴（9）、第一电磁阀（12）和第二电磁阀（13）；氢气瓶组（17）的供气端与缓冲罐（1）的进气口连通，且所述供气端设置用于调节流量的供气阀门；所述压力监测模块用于采集所述缓冲罐（1）内的压力值一；缓冲罐（1）的出气口通过两条支路分别与所述第一喷嘴（8）和所述第二喷嘴（9）连接；第一电磁阀（12）和第二电磁阀（13）分别设置在两条所述支路上，且分别用于调节第一喷嘴（8）和第二喷嘴（9）二者与缓冲罐（1）的连通状态；第一喷嘴（8）位于抗爆舱室（18）的内部；第二喷嘴（9）位于抗爆舱室（18）的外部；数据记录子系统，其包括图像采集模块和多组压力采集模块；所述图像采集模块用于透过所述透明观察侧采集抗爆舱室（18）内的图像；各组所述压力采集模块沿高度方向依次安装在位于抗爆舱室（18）的侧壁面上，并分别用于采集抗爆舱室（18）的内部各采集点处的压力值二；以及点火子系统，其用于引燃所述非均匀氢气云。2.根据权利要求1所述的一种非均匀氢气云爆炸双火焰测试系统，其特征在于，第一喷嘴（8）和第二喷嘴（9）的结构，以及各自对应支路的结构均保持一致；所述泄漏控制子系统还包括三通接头（5）、第一不锈钢管（6）和第二不锈钢管（7）；三通接头（5）的其中一端与缓冲罐（1）的出气口连接，另外两端分别与第一不锈钢管（6）、第二不锈钢管（7）连接，由此构成两条所述支路；第一不锈钢管（6）和第二不锈钢管（7）二者的末端分别连接第一喷嘴（8）和第二喷嘴（9）。3.根据权利要求1所述的一种非均匀氢气云爆炸双火焰测试系统，其特征在于，所述泄漏控制子系统还包括第一质量流量计（10）和第二质量流量计（11）；第一质量流量计（10）和第二质量流量计（11）分别设置在两条所述支路上，分别与第一电磁阀（12）和第二电磁阀（13）对应；沿着每条所述支路上的氢气传输方向，每个质量流量计位于对应电磁阀的下游。4.根据权利要求1所述的一种非均匀氢气云爆炸双火焰测试系统，其特征在于，所述泄漏控制子系统还包括时间继电器（14）；时间继电器（14）分别与第一电磁阀（12）和第二电磁阀（13）电性连接，以分别切换第一电磁阀（12）和第二电磁阀（13）的通电状态。5.根据权利要求4所述的一种非均匀氢气云爆炸双火焰测试系统，其特征在于，所述点火子系统包括点火电极（39）和脉冲点火器（40）；点火电极（39）与脉冲点火器（40）之间电性连接，脉冲点火器（40）与时间继电器（14）之间电性连接，用于控制点火电极（39）通电以引燃所述非均匀氢气云。6.根据权利要求1所述的一种非均匀氢气云爆炸双火焰测试系统，其特征在于，所述抗爆舱室（18）采用立方体结构，其顶面（19）的中心处设置有泄放口（43），泄放口（43）用于泄放所述非均匀氢气云产生的爆炸超压；抗爆舱室（18）至少包括第一侧面（20）、第二侧面（21）和第三侧面（27）；第一侧面（20）为透明的有机玻璃即所述透明观察侧；第二侧面（21）上开设有分别与多组所述压力采集模块对应的多处螺纹孔，用于安装各组所述压力采集模块；第三侧面（27）上设置有防爆门（42）；抗爆舱室（18）的底面（28）中心处开设有圆形洞口（44），用于供第一喷嘴（8）及相应的所述支路穿过。
7.根据权利要求1所述的一种非均匀氢气云爆炸双火焰测试系统，其特征在于，所述压力采集模块采用压力传感器；所述图像采集模块采用高速相机；其中，所述数据记录子系统还包括信号调理仪（34）、示波器（35）和同步触发器（36）；各组所述压力采集模块与信号调理仪（34）之间相连；信号调理仪（34）与示波器（35）相连；所述图像采集模块和示波器（35）分别连接至所述同步触发器（36）。8.根据权利要求1所述的一种非均匀氢气云爆炸双火焰测试系统，其特征在于，第一喷嘴（8）与抗爆舱室（18）的底面（28）之间的距离可调。9.一种非均匀氢气云爆炸双火焰测试方法，其特征在于，其应用于如权利要求1至8中任意一项所述的一种非均匀氢气云爆炸双火焰测试系统；所述测试方法包括如下步骤：s1.设定第一喷嘴（8）与抗爆舱室（18）的底面（28）之间的距离h；s2.同时关闭第一电磁阀（12），开启第二电磁阀（13）以及所述供气阀门，以使氢气进入缓冲罐（1）并从第二喷嘴（9）泄漏至抗爆舱室（18）外部的开放空间环境中，并实时监测缓冲罐（1）内的压力值一p；s3.确定当前开展的测试研究项目类别；其中，若开展恒定压力泄漏的氢气云爆炸双火焰测试研究，则执行s31；若开展非恒定压力泄漏的氢气云爆炸双火焰测试研究，则执行s32；s31.当压力值一p小于一个预设压力阈值一pc时，通过控制所述供气阀门增大进入缓冲罐（1）的氢气流量；当p=pc时，保持所述供气阀门的开启，通过控制所述供气阀门调节进入缓冲罐（1）的氢气流量以维持p=pc直至测试结束；在获取到一个触发信号时，同时开启第一电磁阀（12），关闭第二电磁阀（13），并在此后的延迟时间t1引燃所述非均匀氢气云，延迟时间t2关闭第一电磁阀（12），即所述非均匀氢气云的引燃时间与第一电磁阀（12）的关闭时间的间隔为t2-t1；其中，t1＜t2；s32.当压力值一p小于一个预设压力阈值二pic时，通过控制所述供气阀门增大进入缓冲罐（1）的氢气流量；当p=pic时，同时关闭所述供气阀门和第二电磁阀（13），开启第一电磁阀（12），并在此后的延迟时间t1引燃所述非均匀氢气云，延迟时间t2关闭第一电磁阀（12）；其中，在s31和s32引燃所述非均匀氢气云的同时，同步采集抗爆舱室（18）内的图像以及所述压力值二的数据。10.根据权利要求9所述的一种非均匀氢气云爆炸双火焰测试方法，其特征在于，所述测试系统的泄漏控制子系统还包括时间继电器（14）；时间继电器（14）分别与第一电磁阀（12）和第二电磁阀（13）电性连接，以分别切换第一电磁阀（12）和第二电磁阀（13）的通电状态；其中，第一电磁阀（12）采用常闭型的氢气电磁阀，第二电磁阀（13）采用常开型的氢气电磁阀；所述测试系统的点火子系统还包括点火电极（39）和脉冲点火器（40）；点火电极（39）与脉冲点火器（40）之间电性连接，脉冲点火器（40）与时间继电器（14）之间电性连接，用于控制点火电极（39）通电以引燃所述非均匀氢气云；其中，在s1设定所述距离h后，还在时间继电器（14）上设定点火电极（39）通电的延迟时间t1，设定第一电磁阀（12）断电的延迟时间t2，t1＜t2，设定第二电磁阀（13）为无延迟时间通电；在s31中，通过按下时间继电器（14）的开关以得到所述触发信号；在s32中，当p=pic时，还同时按下所述时间继电器（14）的开关。

技术总结
本发明公开一种非均匀氢气云爆炸双火焰测试系统及方法，涉及氢气泄漏爆炸危险测试的技术领域。该测试系统包括抗爆舱室、泄漏控制子系统、数据记录子系统和点火子系统。抗爆舱室一侧为透明观察侧。泄漏控制子系统用于向抗爆舱室提供形成非均匀氢气云的氢气，包括氢气瓶组、缓冲罐、压力监测模块、第一喷嘴、第二喷嘴、第一电磁阀和第二电磁阀。数据记录子系统包括图像采集模块和多组压力采集模块。图像采集模块用于透过透明观察侧采集抗爆舱室内的图像。各组压力采集模块沿高度方向安装在抗爆舱室侧壁面上，用于采集舱室内部各采集点处的压力值二。点火子系统用于引燃非均匀氢气云。该测试系统可测试氢气泄漏诱导的非均匀氢-空可燃物爆炸特性。可燃物爆炸特性。可燃物爆炸特性。


技术研发人员：王昌建 马鸿盛 黄智伟 靳浩
受保护的技术使用者：合肥工业大学
技术研发日：2023.07.20
技术公布日：2023/8/24