本發(fā)明涉及一種測量混合氣體淬熄直徑的方法。

背景技術：

對于可燃氣體的燃燒傳播過程來說，當傳播通道的直徑減小到某一數(shù)值時，火焰在管道中便不能夠傳播，這種現(xiàn)象叫做火焰淬熄，這個數(shù)值被稱為淬熄距離或者臨界直徑。造成淬熄的原因有二：一是小尺度對應大的比表面積，燃燒產生的熱量經管壁這一冷源迅速撤走，火焰不能保持一定的溫度；二是反應中生成的活性自由基在接觸壁面后會淬滅，無法繼續(xù)進行鏈式反應。在燃燒學中，淬熄距離是非常重要的燃爆參數(shù)，這一參數(shù)對火焰的駐定、內燃機的點火、燃燒過程的優(yōu)化、化工過程的安全性等都具有重要的影響。淬熄距離的測量是相關研究中的重要問題。大部分研究都是通過測量火焰照片中發(fā)光區(qū)邊緣與壁面的距離來測定淬熄距離。目前在科研文獻中已見報道的測試方法主要有：本生燈測試法(黃夏、黃勇，本生燈預混火焰淬熄距離實驗分析，北京航空航天大學學報，2015,41,1513-1519)、密閉容器成像法(m.bellenoue,etal.directmeasurementoflaminarflamequenchingdistanceinaclosedvessel,experimentalthermalandfluidscience,2003,27,323-331)、環(huán)形階梯式分流管法(y.jung,etal.directpredicitonoflaminarburningvelocityandquenchingdistanceofhydrogen-airflamesusinganannularstepwidedivergingtube,combustionandflame,2016,164,397-399)等。上述方法均依賴于相機成像效果，對配套裝置要求較高，且測量的尺度范圍受到管壁材料的限制，很難加工至0.1mm以下，難以滿足某些極端條件下的測試需求。cn102608287b提供一種可燃氣體爆轟臨界管徑的測試系統(tǒng)和方法，能夠測試爆轟的臨界管徑而非爆燃臨界管徑，其管徑尺度范圍和測量方法并不具備測試火焰?zhèn)鞑ゴ銣缇嚯x的能力，測量原理與本專利本質不同。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術問題是現(xiàn)有技術中配套裝置要求較高、測量范圍較窄、測量靈活性較差的問題，提供一種新的測量混合氣體淬熄直徑的方法。該方法具有配套裝置要求較低、測量范圍較寬的優(yōu)點。

為解決上述問題，本發(fā)明采用的技術方案如下：一種測量混合氣體淬熄直徑的方法，在混合氣體淬熄直徑測量裝置上進行混合氣體淬熄直徑測量，所述裝置包括刻蝕有微通道的芯片、帶有兩根電極的電火花發(fā)生器、氣源；氣源與刻蝕有微通道的芯片連接，刻蝕有微通道的芯片與電火花發(fā)生器相連，刻蝕有微通道的芯片上設有廢氣出口；通過在不同管徑的微通道中進行火焰?zhèn)鞑嶒灤_定測試對象的淬熄直徑，包括如下步驟：

(1)將微通道內抽成真空；

(2)將氣源的氣體引入微通道，至氣體流量和組成穩(wěn)定后，切斷氣源與微通道的連接；

(3)封閉廢氣出口后，調節(jié)電火花發(fā)生器電壓和放電時間，開始放電，觀察是否有火焰?zhèn)鞑ガF(xiàn)象。

上述技術方案中，優(yōu)選地，芯片材質為高分子聚合物、不銹鋼或陶瓷，需要材質能夠耐受一定的瞬態(tài)壓力，通過在出口處設置安全閥的方式減少微通道內壓力；微通道截面為橢圓形、圓形、長方形、圓角方形或三角形；通道直徑為待考察的臨界直徑；測試區(qū)為均一直徑的通道，在上游設置點火區(qū)，兩根電極通入點火區(qū)，每次測試時確保點火區(qū)有火焰產生，然后觀察火焰是否傳播到測試區(qū)，或將點火器直接置于測試區(qū)，兩根電極直接通入測試區(qū)，測試是否有火焰生成，測試時可能有局部火焰產生，但是由于器壁淬熄效應，在通道直徑小于臨界直徑時測試區(qū)整體無火焰?zhèn)鞑ァ?/p>

上述技術方案中，優(yōu)選地，如未觀測到火焰?zhèn)鞑ィ瑒t將電極插入更大直徑通道中，重復操作，直至開始觀測到火焰?zhèn)鞑ァ?/p>

上述技術方案中，優(yōu)選地，一塊芯片上刻蝕一條或多條微通道，微通道間是隔離的或共享一個點火區(qū)。

上述技術方案中，優(yōu)選地，每條微通道有選擇地只設置單一入口，混合氣體在引入通道前已混合均勻，或設置多個入口，在通道內實現(xiàn)氣體的均勻混合；由于氣體的擴散速度快而通道內的擴散距離短，氣體在通道內的混合時間應在毫秒級，混合迅速。

上述技術方案中，優(yōu)選地，點火器的作用是提供點燃氣體所需的能量，采用高壓放電的方式，在兩電極之間產生電弧放電，進而引燃氣體，兩個電極穿過芯片上預留的孔道，將尖端深入點火區(qū)或測試區(qū)。

上述技術方案中，優(yōu)選地，在暗室中，火焰?zhèn)鞑ブ苯佑萌庋塾^察，或使用照相機、攝像機或顯微鏡觀察。

上述技術方案中，優(yōu)選地，高分子聚合物為聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯或聚二甲基硅氧烷。

本發(fā)明提供了一種可以測量可燃氣體燃燒傳播的臨界直徑的方法，與現(xiàn)有技術相比本專利可以：1)避免使用較高分辨率的高速攝像機以加強方法的便攜性和普適性；2)擴大方法的測量范圍；3)用一種簡單便攜的裝置取代常見的復雜大型裝置，取得了較好的技術效果。

附圖說明

圖1裝置整體組成示意圖。

圖1中，1刻蝕有微通道的芯片；2待測可燃氣體；3氧氣；4電火花發(fā)生器；5廢氣出口。

圖2設置有點火區(qū)的芯片結構示意圖。

圖2中，1待測可燃氣體入口；2氧氣入口；3兩根電極插入孔；4點火區(qū)；5待測區(qū)；6廢氣出口。

圖3無點火區(qū)的芯片結構示意圖。

圖3中，1待測可燃氣體入口；2氧氣入口；3兩根電極插入孔；4待測區(qū)；5廢氣出口。

圖4實施例3中利用高速攝像機拍攝的燃爆現(xiàn)象隨時間演化過程。

下面通過實施例對本發(fā)明作進一步的闡述，但不僅限于本實施例。

具體實施方式

【實施例1】

不同組成h2和o2混合氣體淬熄直徑的測量：

一種測量混合氣體淬熄直徑的裝置，在混合氣體淬熄直徑測量裝置上進行混合氣體淬熄直徑測量，如圖1所示，所述裝置包括刻蝕有微通道的芯片、帶有兩根電極的電火花發(fā)生器、氣源；氣源與刻蝕有微通道的芯片連接，刻蝕有微通道的芯片與電火花發(fā)生器相連，刻蝕有微通道的芯片上設有廢氣出口；通過在不同管徑的微通道中進行火焰?zhèn)鞑嶒灤_定測試對象的淬熄直徑。

芯片材質選自聚甲基丙烯酸甲酯，微通道截面為0.05mm。

芯片部分結構如圖3所示，將兩根電極插入預設的孔道，在上方進行密封。在測試開始前首先封閉各個接口(待測可燃氣體入口、氧氣入口、廢氣出口)，將出口連接真空泵抽真空，移除芯片通道內殘余的空氣。然后連接氣瓶與通道，將通道后背壓閥設為10psi，h2和o2流量控制為各為1sccm，吹掃通道5分鐘。關閉所有接口，調節(jié)電火花發(fā)生器輸出電壓為0，將電壓逐步增加，同時觀察通道內是否有火焰?zhèn)鞑?。在暗室中，火焰?zhèn)鞑ブ苯佑萌庋塾^察。如未觀測到火焰，則將電極插入更大直徑通道中，重復上述步驟，直至開始觀測到火焰?zhèn)鞑?，則h2和o2在10psi下摩爾比為1：1時的臨界直徑在此直徑與上一直徑之間。

【實施例2】

按照實施例1所述的條件和步驟，芯片材質選自聚甲基丙烯酸甲酯，微通道截面為10mm。

芯片結構如圖3所示，測試區(qū)為均一直徑的通道，在上游設置點火區(qū)，兩根電極通入點火區(qū)，每次測試時確保點火區(qū)有火焰產生，然后觀察火焰是否傳播到測試區(qū)。在測試開始前首先封閉各個接口(待測可燃氣體入口、氧氣入口、廢氣出口)，將出口連接真空泵抽真空，移除芯片通道內殘余的空氣。然后連接氣瓶與通道，h2和o2流量控制為1sccm與10sccm，吹掃通道5分鐘。關閉所有接口，調節(jié)電火花發(fā)生器輸出電壓為0，將電壓逐步增加，同時觀察通道內是否有火焰?zhèn)鞑?。在暗室中，火焰?zhèn)鞑ブ苯佑萌庋塾^察。如未觀測到火焰，則將電極插入更大直徑通道中，重復上述步驟，直至開始觀測到火焰?zhèn)鞑ィ瑒th2和o2在1大氣壓下摩爾比為1：10時的臨界直徑在此直徑與上一直徑之間。

【實施例3】

按照實施例1所述的條件和步驟，芯片材質選自聚二甲基硅氧烷，微通道截面為圓形。

芯片結構如圖2所示，測試區(qū)為4條并聯(lián)的均一直徑的通道，直徑分別為0.1mm、0.3mm、0.5mm與0.7mm，在上游設置點火區(qū)，兩根電極通入點火區(qū)，每次測試時確保點火區(qū)有火焰產生，然后觀察火焰是否傳播到測試區(qū)。在測試開始前首先封閉各個接口(待測可燃氣體入口、氧氣入口、廢氣出口)，將出口連接真空泵抽真空，移除芯片通道內殘余的空氣。然后連接氣瓶與通道，將通道后背壓閥設為29psi，h2和o2流量控制為各為2sccm，吹掃通道2分鐘。關閉所有接口，調節(jié)電火花發(fā)生器輸出電壓為0，將電壓逐步增加，同時觀察通道內是否有火焰?zhèn)鞑?。在暗室中，火焰?zhèn)鞑ブ苯佑萌庋塾^察。如未觀測到火焰，則將電極插入更大直徑通道中，重復上述步驟，直至開始觀測到火焰?zhèn)鞑?，則h2和o2在29psi下摩爾比為1：1時的臨界直徑在此直徑與上一直徑之間。

利用高速攝像機拍攝的燃爆現(xiàn)象隨時間演化過程見圖4所示。

【實施例4】

按照實施例1所述的條件和步驟，芯片材質選自聚二甲基硅氧烷，微通道截面為圓形。

芯片結構如圖2所示，測試區(qū)為4條并聯(lián)的均一直徑的通道，直徑分別為0.1mm、0.3mm、0.5mm與0.7mm，在上游設置點火區(qū)，兩根電極通入點火區(qū)，每次測試時確保點火區(qū)有火焰產生，然后觀察火焰是否傳播到測試區(qū)。在測試開始前首先封閉各個接口(待測可燃氣體入口、氧氣入口、廢氣出口)，將出口連接真空泵抽真空，移除芯片通道內殘余的空氣。然后連接氣瓶與通道，將通道后背壓閥設為14.5psi，h2和o2流量控制為各為2sccm，吹掃通道2分鐘。關閉所有接口，調節(jié)電火花發(fā)生器輸出電壓為0，將電壓逐步增加，同時觀察通道內是否有火焰?zhèn)鞑?。在暗室中，火焰?zhèn)鞑ブ苯佑萌庋塾^察。如未觀測到火焰，則將電極插入更大直徑通道中，重復上述步驟，直至開始觀測到火焰?zhèn)鞑?，則h2和o2在14.5psi下摩爾比為1：1時的臨界直徑在此直徑與上一直徑之間。