受限空间内燃气燃爆超、动压测试装置及方法.pdf

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1、(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202410008662.7(22)申请日 2024.01.04(71)申请人 中国矿业大学地址 221116 江苏省徐州市大学路1号中国矿业大学南湖校区(72)发明人 刘震起叶继红仲晓星仲秋卢岩森(74)专利代理机构 北京卓胜佰达知识产权代理有限公司 16026专利代理师 陈桂兰(51)Int.Cl.G01L 5/14(2006.01)(54)发明名称一种受限空间内燃气燃爆超、动压测试装置及方法(57)摘要本发明公开一种受限空间内燃气燃爆超、动压测试装置及方法，包括：实验腔室；发生系统，发生系统。

2、设置在实验腔室内的一端，发生系统用于产生冲击波；测试系统，测试系统包括固定底座，固定底座固定在实验腔室内的中间位置，固定底座顶部沿长度方向等间距可拆卸连接有若干列测试柱，测试柱上安装有压力检测单元；数据采集器，数据采集器与压力检测单元电性连接；其中，测试柱与固定底座之间垂直设置。本发明设置多个相同的测试柱，分别对测试柱的不同位置进行压力检测，可同时获取多个点位的超压、动压、冲量、正压作用时间等特征参数。实验数据可为燃气燃爆强度评估、燃气灾变防控技术开发提供指导。权利要求书2页 说明书6页 附图5页CN 117516785 A2024.02.06CN 117516785 A1.一种受限空间内燃气。

3、燃爆超、动压测试装置，其特征在于，包括：实验腔室（1）；发生系统，所述发生系统设置在所述实验腔室（1）内的一端，所述发生系统用于产生冲击波；测试系统，所述测试系统包括固定底座（11），所述固定底座（11）固定在所述实验腔室（1）内的中间位置，所述固定底座（11）顶部沿长度方向等间距可拆卸连接有若干列测试柱，所述测试柱上安装有压力检测单元；数据采集器，所述数据采集器设置在所述实验腔室（1）外，所述数据采集器与所述压力检测单元电性连接；其中，所述测试柱与所述固定底座（11）之间垂直设置。2.根据权利要求1所述的一种受限空间内燃气燃爆超、动压测试装置，其特征在于：所述测试柱包括两个上下正对设置的测试。

4、块（2），两所述测试块（2）之间设置有定位块（3），所述定位块（3）与所述测试块（2）的形状相适配，两所述测试块（2）、所述定位块（3）与所述固定底座（11）之间可拆卸连接。3.根据权利要求2所述的一种受限空间内燃气燃爆超、动压测试装置，其特征在于：所述压力检测单元包括总压压力传感器（4）和静压压力传感器（5），所述总压压力传感器（4）与所述静压压力传感器（5）均设置在所述测试块（2）上，且所述总压压力传感器（4）的轴线与所述静压压力传感器（5）的轴线空间垂直，所述静压压力传感器（5）的轴线与所述实验腔室（1）的长度方向平行。4.根据权利要求3所述的一种受限空间内燃气燃爆超、动压测试装置，其特。

5、征在于：所述测试块（2）上设置有两组梳理槽（6），两组所述梳理槽（6）分别与所述总压压力传感器（4）和所述静压压力传感器（5）对应设置，所述总压压力传感器（4）的数据线（7）、和静压压力传感器（5）的数据线（7）分别设置在所述梳理槽（6）内，所述定位块（3）上开设有集线槽（8），所述梳理槽（6）与所述集线槽（8）连通，所述总压压力传感器（4）的数据线（7）、和静压压力传感器（5）的数据线（7）均伸出所述实验腔室（1）并与所述数据采集器电性连接。5.根据权利要求4所述的一种受限空间内燃气燃爆超、动压测试装置，其特征在于：所述固定底座（11）的顶端安装有集线盒（9），所述总压压力传感器（4）的数据。

6、线（7）、和静压压力传感器（5）的数据线（7）均穿过所述集线盒（9）并伸出所述实验腔室（1）。6.根据权利要求2所述的一种受限空间内燃气燃爆超、动压测试装置，其特征在于：所述测试块（2）的尺寸为20mm20mm20mm。7.根据权利要求3所述的一种受限空间内燃气燃爆超、动压测试装置，其特征在于：所述总压压力传感器（4）和所述静压压力传感器（5）在竖直方向上的距离为12mm15mm。8.根据权利要求2所述的一种受限空间内燃气燃爆超、动压测试装置，其特征在于：上方的所述测试块（2）上周向等间距设置有若干固定螺栓（10），所述固定螺栓（10）依次穿过所述定位块（3）、下方的所述测试块（2）与所述固定。

7、底座（11）可拆卸连接。9.一种受限空间内燃气燃爆超、动压测试方法，基于权利要求18任一项所述的受限空间内燃气燃爆超、动压测试装置，其特征在于，包括如下步骤：步骤一，确定待测区域，分别将发生系统、测试系统布置在实验腔室（1）内；步骤二，确定测点数量，将压力检测单元安装在测试柱上，并将压力检测单元与数据采权利要求书1/2 页2CN 117516785 A2集器电性连接；步骤三，发生系统产生冲击波，开展燃爆实验，压力检测单元检测压力数值，数据采集器将压力数据导出；步骤四，计算获取预设点位的动压、爆炸冲量参数；步骤五，根据动压、爆炸冲量参数的变化规律构建燃气燃爆条件下的破坏强度模型。10.根据权利要。

8、求9所述的一种受限空间内燃气燃爆超、动压测试方法，其特征在于，步骤四中，动压的计算公式为：，其中，Pd为动压，MPa；Pt为总压，MPa；Ps为静压，MPa；爆炸冲量的计算公式为：，其中，为爆炸冲量，kPa/s；t为正压作用时间，s；Psmax为爆炸波阵面上的超压峰值，MPa。权利要求书2/2 页3CN 117516785 A3一种受限空间内燃气燃爆超、动压测试装置及方法技术领域0001本发明涉及可燃气体燃爆特征参数测试领域，特别是涉及一种受限空间内燃气燃爆超、动压测试装置及方法。背景技术0002工业生产过程中可燃气体或粉尘爆炸易造成重大人员伤亡和经济损失，严重威胁生产安全，爆炸产生的动压是造。

9、成人员伤亡及生产设施破坏的重要因素之一。开展等效场景条件下的可燃气体爆炸实验是认识灾变特性的主要手段。有效测定不同区域内超压、动压等冲击特征参数是揭示爆炸冲击强度变化规律的关键，对准确评估爆炸强度、采取有效防爆抑爆措施具有重要指导作用。0003现有关于燃气爆炸动压的测试方法主要利用腔室壁面静压计算，即动压与静压的换算关系，该方法根据单一测点的静压计算动压，无法准确表征腔室截面上的动压分布，尤其是在截面尺寸较大时，计算得到的误差更大。0004在固体炸药爆炸参数测试领域，通过测定爆炸冲击波总压和静压，进而计算风动压的方法应用较为广泛。授权公告号为CN113324448B的中国专利公开了一种弹药爆炸。

10、场风动压测试方法及装置，采用了双轴向多传感器组合的冲击波压力测量结构，通过测定冲击波总压和静压，利用总压、静压、冲击波后流体马赫数以及风动压关系，计算得到测点风动压力。该装置总压传感器与静压传感器距离较远（约80mm），冲击波的衰减会导致结果出现较大误差。申请公布号为CN102879144A的中国专利公开了一种可燃气体爆炸冲击波超压的测定方法和装置，采用高速摄像机捕获爆炸过程中球形参照物的运动轨迹，根据牛顿第二定律计算超压等参数，该装置受高速摄影仪数量限制，无法有效获得多处截面上的动压分布，也会对下游动压的测试结果造成干扰。0005基于上述理由，本发明提供一种受限空间内燃气燃爆超、动压测试装置。

11、及方法。发明内容0006本发明的目的是提供一种受限空间内燃气燃爆超、动压测试装置及方法，以解决现有技术存在的问题。0007为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种受限空间内燃气燃爆超、动压测试装置，包括：实验腔室；发生系统，所述发生系统设置在所述实验腔室内的一端，所述发生系统用于产生冲击波；发生系统和选择点燃发生器，同时需要注意实验腔室的强度可以承载发生系统的冲击力；测试系统，所述测试系统包括固定底座，所述固定底座固定在所述实验腔室内的中间位置，所述固定底座顶部沿长度方向等间距可拆卸连接有若干列测试柱，所述测试柱上安装有压力检测单元；说明书1/6 页4CN 117516785 A4。

12、数据采集器，所述数据采集器设置在所述实验腔室外，所述数据采集器与所述压力检测单元电性连接；其中，所述测试柱与所述固定底座之间垂直设置。0008根据本发明提供的受限空间内燃气燃爆超、动压测试装置，所述测试柱包括两个上下正对设置的测试块，两所述测试块之间设置有定位块，所述定位块与所述测试块的形状相适配，两所述测试块、所述定位块与所述固定底座之间可拆卸连接。0009根据本发明提供的受限空间内燃气燃爆超、动压测试装置，所述压力检测单元包括总压压力传感器和静压压力传感器，所述总压压力传感器与所述静压压力传感器均设置在所述测试块上，且所述总压压力传感器的轴线与所述静压压力传感器的轴线空间垂直，所述静压压力。

13、传感器的轴线与所述实验腔室的长度方向平行。0010根据本发明提供的受限空间内燃气燃爆超、动压测试装置，所述测试块上设置有两组梳理槽，两组所述梳理槽分别与所述总压压力传感器和所述静压压力传感器对应设置，所述总压压力传感器的数据线、和静压压力传感器的数据线分别设置在所述梳理槽内，所述定位块上开设有集线槽，所述梳理槽与所述集线槽连通，所述总压压力传感器的数据线、和静压压力传感器的数据线均伸出所述实验腔室并与所述数据采集器电性连接。0011根据本发明提供的受限空间内燃气燃爆超、动压测试装置，所述固定底座的顶端安装有集线盒，所述总压压力传感器的数据线、和静压压力传感器的数据线均穿过所述集线盒并伸出所述实。

14、验腔室。0012根据本发明提供的受限空间内燃气燃爆超、动压测试装置，所述测试块的尺寸为20mm20mm20mm。0013根据本发明提供的受限空间内燃气燃爆超、动压测试装置，所述总压压力传感器和所述静压压力传感器在竖直方向上的距离为12mm15mm。0014根据本发明提供的受限空间内燃气燃爆超、动压测试装置，上方的所述测试块上周向等间距设置有若干固定螺栓，所述固定螺栓依次穿过所述定位块、下方的所述测试块与所述固定底座可拆卸连接。0015一种受限空间内燃气燃爆超、动压测试方法，包括如下步骤：步骤一，确定待测区域，分别将发生系统、测试系统布置在实验腔室内；步骤二，确定测点数量，将压力检测单元安装在测。

15、试柱上，并将压力检测单元与数据采集器电性连接；步骤三，发生系统产生冲击波，开展燃爆实验，压力检测单元检测压力数值，数据采集器将压力数据导出；步骤四，计算获取预设点位的动压、爆炸冲量参数；步骤五，根据动压、爆炸冲量参数的变化规律构建燃气燃爆条件下的破坏强度模型。0016根据本发明提供的受限空间内燃气燃爆超、动压测试方法，步骤四中，动压的计算公式为：，0017其中，Pd为动压，MPa；Pt为总压，MPa；Ps为静压，MPa；爆炸冲量的计算公式为：说明书2/6 页5CN 117516785 A5，0018其中，为爆炸冲量，kPa/s；t为正压作用时间，s；Psmax为爆炸波阵面上的超压峰值，MPa。。

16、0019本发明公开了以下技术效果：本发明工作时，首先，确定待测区域，分别将发生系统、测试系统布置在实验腔室内；确定测点数量，将压力检测单元安装在测试柱上，并将压力检测单元与数据采集器电性连接；发生系统产生冲击波，开展燃爆实验，压力检测单元检测压力数值，数据采集器将压力数据导出；计算获取预设点位的动压、爆炸冲量参数；根据动压、爆炸冲量参数的变化规律构建燃气燃爆条件下的破坏强度模型。0020本发明提供了适用于燃气爆炸实验腔室内的超、动压及冲量等特征参数测试装置，解决了腔室内不同区域及截面上燃爆特征参数测试难题。0021装置设置多个相同的测试柱，分别对测试柱的不同位置进行压力检测，可同时获取多个点位。

17、的超压、动压、冲量、正压作用时间等特征参数。实验数据可为燃气燃爆强度评估、燃气灾变防控技术开发提供指导。0022测试装置为模块化设计，安装方便，适应性强，适于不同场景及尺度实验腔室内燃爆超、动压等参数的测定。该发明能够减少重复实验次数，显著降低实验成本和时间成本。附图说明0023为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。0024图1为本发明受限空间内燃气燃爆超、动压测试装置的主视图；图2为本发明受。

18、限空间内燃气燃爆超、动压测试装置的俯视图；图3为本发明测试块的主视图；图4为本发明测试块的俯视图；图5为本发明测试块的左视图；图6为本发明定位块的主视图；图7为本发明定位块的俯视图；图8为本发明定位块的左视图；图9为本发明测试系统的结构示意图。0025其中，1、实验腔室；2、测试块；3、定位块；4、总压压力传感器；5、静压压力传感器；6、梳理槽；7、数据线；8、集线槽；9、集线盒；10、固定螺栓；11、固定底座。具体实施方式0026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。

19、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说明书3/6 页6CN 117516785 A6实施例，都属于本发明保护的范围。0027为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。0028参照图19，本发明提供一种受限空间内燃气燃爆超、动压测试装置，包括：实验腔室1；发生系统，发生系统设置在实验腔室1内的一端，发生系统用于产生冲击波；测试系统，测试系统包括固定底座11，固定底座11固定在实验腔室1内的中间位置，固定底座11顶部沿长度方向等间距可拆卸连接有若干列测试柱，测试柱上安装有压力检测单元；若干组测试柱上的压力检测。

20、单元布置位置需要预先设定；数据采集器，数据采集器设置在实验腔室1外，数据采集器与压力检测单元电性连接；数据采集器可以根据具体的使用环境进行设定，比如可以为单片机或采用PLC、ARM(AdvancedRISCMachine：高端精简指令集机器)、FPGA(FieldProgrammableGateArray：现场可编程门阵列)等方法进行控制，本实施例中不作具体限定；其中，测试柱与固定底座11之间垂直设置。0029本发明工作时，首先，确定待测区域，分别将发生系统、测试系统布置在实验腔室1内；确定测点数量，将压力检测单元安装在测试柱上，并将压力检测单元与数据采集器电性连接；发生系统产生冲击波，开展燃。

21、爆实验，压力检测单元检测压力数值，数据采集器将压力数据导出；计算获取预设点位的动压、爆炸冲量参数；根据动压、爆炸冲量参数的变化规律构建燃气燃爆条件下的破坏强度模型。0030本发明提供了适用于燃气爆炸实验腔室1内的超、动压及冲量等特征参数测试装置，解决了腔室内不同区域及截面上燃爆特征参数测试难题。0031装置设置多个相同的测试柱，分别对测试柱的不同位置进行压力检测，可同时获取多个点位的超压、动压、冲量、正压作用时间等特征参数。实验数据可为燃气燃爆强度评估、燃气灾变防控技术开发提供指导。0032测试装置为模块化设计，安装方便，适应性强，适于不同场景及尺度实验腔室1内燃爆超、动压等参数的测定。该发明。

22、能够减少重复实验次数，显著降低实验成本和时间成本。0033进一步优化方案，测试柱包括两个上下正对设置的测试块2，两测试块2之间设置有定位块3，定位块3与测试块2的形状相适配，两测试块2、定位块3与固定底座11之间可拆卸连接。0034需要注意的是，由于多组测试柱同步工作，在实验过程中，冲击力在受到阻挡之后对后续的测试柱的冲击能力降低，因此多组测试柱之间可采用错位布置，从而使得测试块2正面接收同等的冲击力。0035进一步优化方案，压力检测单元包括总压压力传感器4和静压压力传感器5，总压压力传感器4与静压压力传感器5均设置在测试块2上，且总压压力传感器4的轴线与静压压力传感器5的轴线空间垂直，静压压。

23、力传感器5的轴线与实验腔室1的长度方向平行。0036进一步优化方案，测试块2上设置有两组梳理槽6，两组梳理槽6分别与总压压力传感器4和静压压力传感器5对应设置，总压压力传感器4的数据线7、和静压压力传感器5的数据线7分别设置在梳理槽6内，定位块3上开设有集线槽8，梳理槽6与集线槽8连通，总压压力说明书4/6 页7CN 117516785 A7传感器4的数据线7、和静压压力传感器5的数据线7均伸出实验腔室1并与数据采集器电性连接。最上方的测试块2上的总压压力传感器4和静压压力传感器5的数据线7分别通过两个梳理槽6进入集线槽8内，之后进入下方测试块2的梳理槽6内，最终进入集线盒9内，位于下方的测试。

24、块2上的总压压力传感器4和静压压力传感器5的数据线7直接进入集线盒9内。两个集线槽8之间可设置连接通道，从而使得数据线7在连接块部分并入同一梳理槽6，最终进入集线盒9，如此不会损伤测试块2的力学性能。0037进一步优化方案，固定底座11的顶端安装有集线盒9，总压压力传感器4的数据线7、和静压压力传感器5的数据线7均穿过集线盒9并伸出实验腔室1。集线盒9的设置用于排布数据线7，从而保证数据线7的规整性。0038进一步优化方案，测试块2的尺寸为20mm20mm20mm。0039进一步优化方案，总压压力传感器4和静压压力传感器5在竖直方向上的距离为12mm15mm。0040进一步优化方案，上方的测试。

25、块2上周向等间距设置有若干固定螺栓10，固定螺栓10依次穿过定位块3、下方的测试块2与固定底座11可拆卸连接。0041测试块2、定位块3上均沿竖直方向开设通孔，固定螺栓10通过通孔穿过与固定底座11固定，同时需要考虑的是，在强冲击作用下，多组固定螺栓10的承载力不同，因此会导致固定螺栓10与固定底座11之间无法拆卸，基于此可以在固定底座11顶面安装垫板，垫板与固定底座11之间通过定位螺栓进行固定，从而保证其稳定性以及便于其拆卸。0042一种受限空间内燃气燃爆超、动压测试方法，包括如下步骤：步骤一，确定待测区域，分别将发生系统、测试系统布置在实验腔室1内；步骤二，确定测点数量，将总压压力传感器4。

26、和静压压力传感器5安装在测试柱上，并将压力检测单元与数据采集器电性连接；步骤三，发生系统产生冲击波，开展燃爆实验，总压压力传感器4和静压压力传感器5检测压力数值，数据采集器将压力数据导出；步骤四，计算获取预设点位的动压、爆炸冲量参数；步骤五，根据动压、爆炸冲量参数的变化规律构建燃气燃爆条件下的破坏强度模型。0043进一步优化方案，步骤四中，动压的计算公式为：，0044其中，Pd为动压，MPa；Pt为总压，MPa；Ps为静压，MPa；爆炸冲量的计算公式为：，0045其中，为爆炸冲量，kPa/s；t为正压作用时间，s；Psmax为爆炸波阵面上的超压峰值，MPa。0046在本发明的描述中，需要理解的。

27、是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必说明书5/6 页8CN 117516785 A8须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。0047以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。说明书6/6 页9CN 117516785 A9图 1图 2图 3说明书附图1/5 页10CN 117516785 A10图 4图 5说明书附图2/5 页11CN 117516785 A11图 6图 7说明书附图3/5 页12CN 117516785 A12图 8说明书附图4/5 页13CN 117516785 A13图 9说明书附图5/5 页14CN 117516785 A14。