PDF《低温工况甲烷最小点火能实验研究》

1 实验装置 最小点火能测试装置示意图如图1所示.爆炸容器高度为300mm, 内径为100mm, 壁厚为25mm, 能承压4 5MP a .爆炸容器放置于制冷箱内腔中, 并带有自动控温系统.可燃气体的初始温度 由位于容器中心的快速响应热电偶测试得到, 热电偶测温范围为-1

8 5~3

7 0℃, 响应时间为2 0μ s , 耐 受压力3 4MP a , 瞬间耐高温1

8 0 0℃. * 收稿日期:

2 0

1 6 -

0 7 -

2 1;

修回日期:

2 0

1 6 -

0 8 -

3 1 第一作者:赵翔宇(

1 9

9 1- ) , 男, 硕士研究生;

通信作者:李洪波, l i h o n g b o @u p c . e d u . c n . 图1 实验装置示意图 F i g . 1S c h e m a t i cd i a g r a mo f t h ee x p e r i m e n t a l d e v i c e 可燃气体初始压力通过精密压力计进行测试, 压 力计的精度等级为0 .

0 2 .采用电火花放电, 由位于容 器中心的两个不锈钢电极放出.爆炸压力通过电荷 型压电传感器( D y t r a n2

3 0

0 C

5 ) 测试得到, 传感器的采 样频率为5

0 0k H z , 传感器与电荷放大器配合使用. 爆炸温度由快速响应热电偶测试得到, 热电偶 测温范围为-4 0~1

7 6 8℃, 瞬间耐高温2

1 0 0℃, 耐 高压3 4MP a , 响应时间20μ s .本文中, 参考标准BS-EN-1839-2003[11],当爆炸压力增加了初始压力 的5%即认为发生了爆炸. 在传统的最小点火能测试中, 采用的点火能量 E 计算公式为: E=C U2 /

2 (

1 ) 式中: E 为最小点火能, C 为储能电容, U 为放电电压. 由于电路阻抗和杂散电容的影响, 由式(

1 ) 得到的结果往往偏大.本文中, 装置点火电路如图2所示.放电过程中, 电流探针和电压探头分别测量通过电极的电流i ( t ) 和两侧的电压u( t ) , 结果由示波器 记录.典型的电流和电压 - 时间曲线如图3所示.精确的火花能量计算公式为: E= ∫ t

0 u( t ) i ( t ) d t (

2 ) 图2 点火电路 F i g . 2I g n i t i o nc i r c u i t 图3 点火时间 - 电流 - 电压曲线 F i g . 3I g n i t i o nt i m e - c u r r e n t - v o l t a g ec u r v e 1.

2 测试步骤 爆炸容器先用氮气进行吹扫, 然后真空泵抽真空.实验气体通过分压法配置, 通气的次序为甲烷 - 空气.在点火前, 通过取样阀取少量混合气体, 利用气象色谱仪准确测试其浓度作为混合气体浓度.打 开制冷装置, 使爆炸容器内的气体进行降温至目标温度.然后关闭制冷系统, 触发火花发生器.先选择 一个足以击穿电极的电压和电容.然后逐渐减小电容值直到连续2 5次放电实验不能点燃气体为止. 此时的点火能量为该条件下的最小点火能 Em , 通过式( 2) 计算得到.在实验中, 连续两次放电应保证

1 5~2

0 s的间隔, 以使上次的电能充分耗散. 实验完成后, 在下一次实验之前, 先用3倍体积的氮气吹扫容器, 然后用真空泵抽真空.为了保证 实验的可重复性, 每种工况做3组平行实验[

1 2 ] .

2 测试结果及分析 2.

1 敏感条件的确定 在所有实验条件的组合中, 使得点火能量达到最小的实验条件为敏感条件.本实验中, 应考虑的敏

4 5

3 爆炸与冲击第3 8卷 感条件为电极间隙和当量比.通过实验, 得到电极间隙和当量比对储存最小点火能 Em 的影响分别如 图4~5所示.从图4可以看出, 存在一个最佳的电极间隙( 1mm) 使得点火能量达到最小.从图5可 以看出, 当量比为1时点火能达到最小.因此, 本文中, 所有的实验测试是在电极间隙为1mm, 当量比 为1的条件下进行的. 图4 电极间隙对储存最小点火能的影响 F i g .