航空煤油静电特性实验探究范文

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《强度与环境》2018年第2期

物质都是由分子构成，分子是由原子构成，原子又由带正、负电荷的质子构成。在一般状况下，一个原子的质子数与电子数量相同，正负平衡，所以对外表现出不带电的现象。电子环绕于原子核周围，一经外力即脱离轨道。静电是由物质接触、感应、介质极化和带电微粒附着等物理过程而产生，处于一种相对稳定状态宏观上暂时停留在某处的电荷。静电主要引起电场效应，而磁场效应可以忽略不计。为了防止静电危险源的产生，需要通过各种措施及测量方法来进行对定量分析，除此之外还要结合定性分析，评估静电危险源的危险程度，以及采取相关预防措施的有效性，分析采取预防措施后危险是否在可接受范围之内。本文通过自行设计的实验装置模拟航空煤油在管道中输送之后静电的积累现象，使用静电电压表、液体电导率测试仪、电荷密度测试仪、电容表、温湿度仪、温度计等来测量静电积累与放电过程中的相关参数，通过改变防爆油泵的转速来控制液体流量，使用聚四氟乙烯来对主要部件之间的绝缘从而实现静电积累，测得不同流量工况之下的数据，并对进行拟合分析，估计在实验条件之下不能实现的工况之下静电电位、电荷密度等变量随着时间、电导率、流速等因变量数据的变化后果，并结合实际的实验结果进行危险性分析，最终得出预防措施降低危险水平，减少事故的发生次数，延长事故发生时间间隔。

一、试验模型的建立

为了评估航空煤油在简单长管道流动状态下的静电诱导、积累特征，为燃油安全使用提供参考依据，本文参考埃索公司石油静电评估试验装置设计了一套燃油循环静电测试试验系统，模拟飞机燃油箱大管径硬管加油过程工况。该系统包括燃油储存及油面电位测试用燃油箱，燃油运动驱动泵组，以及燃油静电评估管路及电荷密度测试装置。

二、实验结果与讨论

对于RP-5燃油分别给出1500L/min、2000L/min、2500L/min流量的代表性燃油表面及管道中心静电电位随时间变化曲线，具体如图1。可以初步看出：不管是油面还是管道中心的电位都呈现同一个趋势，从一开泵起，电压值不断地上升，然后出现小范围噪声的波动平稳过程，停泵之后，出现电位值较快的下降并接近零电位平稳，与预计的静电积累消散模型描述的基本一致。期间虽然油温、环境温湿度、电导率变化会对电位产生影响，但并不影响油面电压的稳定值和最大值并与流量呈现正比的关系；管道中心的电压稳定值没有产生较大的变化，这说明管道中心的电荷密度在当前情况之下已经出现了饱和情况。实验测试中观察到：（1）燃料油油面电位与管路系统中心电位在一定流量的范围内同时为正或者同时为负，但是在一定的条件下管道中心电位会发生电荷翻转；（2）静电诱导过程的极性变化：就积极角度看，这种“电位翻转”过程对控制燃油应用过程中的总体静电水平还是有利的，负性电位说明液体得电子，正电位说明液体在失去电子，实际工程中如果可以重现这种过程，负电位的危险性便可以得到降低。

三、结语

静电是一个在生产生活之中经常出现的物理现象，静电危害的控制离不开跨接、接地、屏蔽、添加抗静电剂。作者经过对实验设备系统的安装搭建，子系统的改进，传感器的设计，实验工况的控制，数据的测量及处理等过程得出以下结论：（1）油面静电稳定电位随着流量上升而上升，油面电位的积累主要来自于管道不断地冲体处于紊流状态会导致R增大；刷、搅拌过程带来的静电，于此同时，桶体不断地向外界漏电，这是一个类似“动态平衡”的过程；（2）管道冲流电流与油品流速成正比关系。低流速时电流值比较低，管道没有泄漏太多电荷，当流速渐渐提高的时候，管道达到了更高的泄漏电位水平，因而冲流电流小于饱和电流值；（3）通过对比积累和消散时间常数，静电积累的速率比消散慢，液体内部静电消散比表面静电消散速率慢。由时间常数τ=RC解释来说，系统电容C不会产生较大变化，而对于电阻率R，则会因为流动变化过程中，液体中会混入气泡，所以开泵时静电积累比停泵之后静电消散慢。

作者：赵俊青 单位：沈阳航空航天大学安全工程学院