石油化工靜電安全技術(shù)學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1石油化工靜電安全石油化工靜電安全(nqun)技術(shù)技術(shù)第一頁(yè)，共239頁(yè)。第1頁(yè)/共239頁(yè)第二頁(yè)，共239頁(yè)。第2頁(yè)/共239頁(yè)第三頁(yè)，共239頁(yè)。第3頁(yè)/共239頁(yè)第四頁(yè)，共239頁(yè)。第4頁(yè)/共239頁(yè)第五頁(yè)，共239頁(yè)。第5頁(yè)/共239頁(yè)第六頁(yè)，共239頁(yè)。第6頁(yè)/共239頁(yè)第七頁(yè)，共239頁(yè)。第7頁(yè)/共239頁(yè)第八頁(yè)，共239頁(yè)。第8頁(yè)/共239頁(yè)第九頁(yè)，共239頁(yè)。第9頁(yè)/共239頁(yè)第十頁(yè)，共239頁(yè)。第10頁(yè)/共239頁(yè)第十一頁(yè)，共239頁(yè)。1879年亥姆霍茲（Helmholtz）指出(zh ch)，在固體接觸面的兩方，形成等量異號(hào)的電荷層，如圖所示，稱(chēng)為偶電層。第11頁(yè)/共

2、239頁(yè)第十二頁(yè)，共239頁(yè)。AB+-第12頁(yè)/共239頁(yè)第十三頁(yè)，共239頁(yè)?，F(xiàn)代現(xiàn)代(xindi)靜電學(xué)階段：靜電學(xué)階段：上世紀(jì)二、三十年代，量子上世紀(jì)二、三十年代，量子力學(xué)的建立，開(kāi)創(chuàng)了物理學(xué)力學(xué)的建立，開(kāi)創(chuàng)了物理學(xué)的新紀(jì)元。人們對(duì)靜電起電的新紀(jì)元。人們對(duì)靜電起電規(guī)律的認(rèn)識(shí)，也發(fā)生了質(zhì)的規(guī)律的認(rèn)識(shí)，也發(fā)生了質(zhì)的飛躍。偶電層理論得到了進(jìn)飛躍。偶電層理論得到了進(jìn)一步的的完善。一步的的完善。Harper1951年根據(jù)金屬勢(shì)年根據(jù)金屬勢(shì)能井理論，可以定量計(jì)算出能井理論，可以定量計(jì)算出兩種不同金屬接觸時(shí)接觸面兩種不同金屬接觸時(shí)接觸面上的面電荷密度（見(jiàn)下述）上的面電荷密度（見(jiàn)下述）。第13頁(yè)/共23

3、9頁(yè)第十四頁(yè)，共239頁(yè)。兩種金屬接觸分離(fnl)以后，分別帶上了靜電。這很快得到了實(shí)驗(yàn)證實(shí)。 1932年Kullrath將金屬粉末從銅管內(nèi)吹出去，粉末與銅管經(jīng)歷了接觸分離(fnl)過(guò)程，使這個(gè)對(duì)地絕緣的粉末發(fā)生器產(chǎn)生了26萬(wàn)伏的高電壓。并觀測(cè)到，吹鐵粉或銻粉時(shí)，起電效果最顯著。第14頁(yè)/共239頁(yè)第十五頁(yè)，共239頁(yè)。兩金屬接觸后再分離(fnl)產(chǎn)生的靜電起源于接觸電勢(shì)差，這一點(diǎn)是由HarPer1951年證實(shí)的。根據(jù)金屬內(nèi)電子的勢(shì)能井，很容易計(jì)算出接觸面上的面電荷密度：第15頁(yè)/共239頁(yè)第十六頁(yè)，共239頁(yè)。第16頁(yè)/共239頁(yè)第十七頁(yè)，共239頁(yè)。金屬與半導(dǎo)體接觸，同樣出現(xiàn)偶電層。但已

4、不象兩種金屬那樣對(duì)稱(chēng)，半導(dǎo)體表面電荷已有一部分深入到表面層內(nèi)部(nib)。1971年Krupp根據(jù)金屬半導(dǎo)體接觸面的勢(shì)壘理論，計(jì)算了接觸面上的表面電荷密度:第17頁(yè)/共239頁(yè)第十八頁(yè)，共239頁(yè)。第18頁(yè)/共239頁(yè)第十九頁(yè)，共239頁(yè)。如果兩種高分子材料(cilio)相接觸，則面電荷密度 第19頁(yè)/共239頁(yè)第二十頁(yè)，共239頁(yè)。第20頁(yè)/共239頁(yè)第二十一頁(yè)，共239頁(yè)。第21頁(yè)/共239頁(yè)第二十二頁(yè)，共239頁(yè)。（+）石棉玻璃云母(ynm)羊毛貓皮鉛鎘鋅鋁鐵銅鎳銀金鉑（-） 第22頁(yè)/共239頁(yè)第二十三頁(yè)，共239頁(yè)。市售常用衣料帶電序列 （）純毛絳綸綢窗簾綢人造棉富春紡麻襯毛腈華達(dá)呢

5、毛絳涼爽呢棉白布真絲美麗綢平絨(pn rn)紡毛花呢凡立丁的確良滌卡麻紗滌絲綢花瑤富古羅滌腈花呢喬紗豬尤皮人造苯（）第23頁(yè)/共239頁(yè)第二十四頁(yè)，共239頁(yè)。物體上產(chǎn)生了靜電,能否積聚(jj)起來(lái)主要取決于電阻率體電阻率表面電阻率靜電導(dǎo)體1106m 1107靜電亞導(dǎo)體1106m 11010m1107 11011m靜電非導(dǎo)體11010m11011m第24頁(yè)/共239頁(yè)第二十五頁(yè)，共239頁(yè)。靜電導(dǎo)體難以積聚靜電，而靜電非導(dǎo)體在其上能積聚足夠的靜電而引起各種靜電現(xiàn)象，靜電亞導(dǎo)體介于其中。 一般汽油、苯、乙醚等物質(zhì)的電阻率在10101013m之間，它們?nèi)菀追e聚靜電。 金屬(jnsh)的電阻率很小，

6、電子運(yùn)動(dòng)快，所以?xún)煞N金屬(jnsh)分離后，顯不出靜電。第25頁(yè)/共239頁(yè)第二十六頁(yè)，共239頁(yè)。水是靜電良導(dǎo)體，但當(dāng)少量的水混雜在絕緣的液體中，因水滴液品相對(duì)流動(dòng)時(shí)要產(chǎn)生靜電，反而使液品靜電量增多。 金屬是良導(dǎo)體，但當(dāng)它被懸空(xunkng)后就和絕緣體一樣，也會(huì)帶上靜電。第26頁(yè)/共239頁(yè)第二十七頁(yè)，共239頁(yè)。第27頁(yè)/共239頁(yè)第二十八頁(yè)，共239頁(yè)。第28頁(yè)/共239頁(yè)第二十九頁(yè)，共239頁(yè)。第29頁(yè)/共239頁(yè)第三十頁(yè)，共239頁(yè)。第30頁(yè)/共239頁(yè)第三十一頁(yè)，共239頁(yè)。第31頁(yè)/共239頁(yè)第三十二頁(yè)，共239頁(yè)。固體物質(zhì)在擠出過(guò)濾時(shí)與管道、過(guò)濾器等發(fā)生的磨擦，如塑料、橡膠

7、的擠出等；固體物質(zhì)的粉碎、研磨和攪拌過(guò)程第32頁(yè)/共239頁(yè)第三十三頁(yè)，共239頁(yè)。第33頁(yè)/共239頁(yè)第三十四頁(yè)，共239頁(yè)。 液體的帶電與液體的電阻率（電導(dǎo)率）、液體所含雜質(zhì)、管道(gundo)材料和管道(gundo)內(nèi)壁情況、注液管、容器的幾何形狀、過(guò)濾器的規(guī)格與安裝位置、流速和管徑等有關(guān)。 第34頁(yè)/共239頁(yè)第三十五頁(yè)，共239頁(yè)。重點(diǎn)討論一下固體與液體接觸時(shí)的偶電層理論。 亥姆霍茲（Helmholtz）,Perrin,Gouy等人認(rèn)為：液體與固體之間雖然也出現(xiàn)偶電層，但與兩種金屬固體接觸時(shí)的偶電層并不相同。以水在玻璃管內(nèi)流動(dòng)為例，其偶電層示意圖如圖3-2所示。從圖中可見(jiàn)(kjin)

8、，偶電層中兩層電荷的分布是不相同的。固體表面上的電荷仍緊貼在固體表面，而液體表面的電荷卻呈擴(kuò)散分布，電荷已滲透到液體內(nèi)部。而且，在液體中，既有正離子，又有負(fù)離子，正離子占優(yōu)勢(shì)，而整個(gè)偶電層體積內(nèi)還是電中性。只是電荷分布不均勻罷了。第35頁(yè)/共239頁(yè)第三十六頁(yè)，共239頁(yè)。+ + + +_ _+ + + + + + + + +_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 第36頁(yè)/共239頁(yè)第三十七頁(yè)，共239頁(yè)。為了下面討論液體流動(dòng)(lidng)起電的需要，有必要討論一下液體中的偶電層厚度。假定固體表面吸附的是負(fù)離子，液體中是正離子，如下圖所示。很明顯，離界面越近，液體中離子濃度愈

9、大，隨著與界面距離x的增加而逐漸減小，直到某點(diǎn)b才等于液體中離子的平均濃度n()，b點(diǎn)到界面的距離定義為偶電層的厚度，用表示。下面求解的表式，看它與哪些因素關(guān)。 第37頁(yè)/共239頁(yè)第三十八頁(yè)，共239頁(yè)。第38頁(yè)/共239頁(yè)第三十九頁(yè)，共239頁(yè)。 設(shè)離界面(jimin)距離為x的地方，單位體積中第i型離子的數(shù)目為ni（x），ni（x）與該點(diǎn)的電勢(shì) 有關(guān)，用玻爾茲曼方程表示如下： 式中，ni() 遠(yuǎn)離界面(jimin)處i型離子的平均濃度第39頁(yè)/共239頁(yè)第四十頁(yè)，共239頁(yè)。在 x處的電勢(shì) 同時(shí)滿(mǎn)足(mnz) Poisson 方程： 第40頁(yè)/共239頁(yè)第四十一頁(yè)，共239頁(yè)。由上面(s

10、hng min)3式式可得： 為泊凇一玻爾茲曼方程，它是偶電層理論的基本方程。 第41頁(yè)/共239頁(yè)第四十二頁(yè)，共239頁(yè)。用近似解法來(lái)求出它的解。將（3-8）式右端指數(shù)(zhsh)按冪級(jí)數(shù)展開(kāi)并取其前兩項(xiàng)得： 因?yàn)樵谶h(yuǎn)離界面處是電中性的，因此各種類(lèi)型離子的電荷總和為0，即 第42頁(yè)/共239頁(yè)第四十三頁(yè)，共239頁(yè)。亦即上式右端第一項(xiàng)為零，于是(ysh)（3-9）式變?yōu)椋?式中M2為 第43頁(yè)/共239頁(yè)第四十四頁(yè)，共239頁(yè)。方程（3-10）的通解為 利用邊界條件：x時(shí) =0 x0時(shí) =定出積分常數(shù)c1=0,c2= ，于是得出泊凇一玻爾茲曼方程（3-8）式的近似解為： 式中 界面(jimi

11、n)上的電勢(shì) 第44頁(yè)/共239頁(yè)第四十五頁(yè)，共239頁(yè)。上式表明，偶電層中的電勢(shì)在界面處最高，隨著與界面距離的增加而按指數(shù)規(guī)律衰減(shui jin)，衰減(shui jin)的快慢決定于M的值。同時(shí)還表明，l/M具有長(zhǎng)度的因次，因此稱(chēng)l/M為偶電層的厚度，并用表示，即 第45頁(yè)/共239頁(yè)第四十六頁(yè)，共239頁(yè)。如果液體中只有一種正離子(lz)和一種負(fù)離子(lz)，且設(shè)他們的離子(lz)價(jià)相等；在遠(yuǎn)離界面處，由于電中性，兩種離子(lz)的平均濃度亦相等，則可寫(xiě)為： 由此可知，偶電層的厚度不僅與溫度與介電常數(shù)有關(guān)，還與離子價(jià)和離子均勻分布狀態(tài)下的平均(pngjn)濃度n有關(guān)。一定的液體在一定

12、溫度下，離子的濃度越大，偶電層的厚度愈薄，反之亦然。第46頁(yè)/共239頁(yè)第四十七頁(yè)，共239頁(yè)。 必須指出，上述提到(t do)的偶電層整體是電中性，是指固體與液體相對(duì)靜止而言的。但是，如果二者作相對(duì)運(yùn)動(dòng)，比如油品在管道中流動(dòng)時(shí)，電中性就會(huì)受到破壞，偶電層中兩層電荷被分離，這時(shí)就會(huì)出現(xiàn)靜電起電現(xiàn)象。第47頁(yè)/共239頁(yè)第四十八頁(yè)，共239頁(yè)。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)固體與液體作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，滑動(dòng)不是直接發(fā)生在固體表面，而是在液體內(nèi)部距固體表面有一距離d處的AB面上發(fā)生，如圖3-4所示。AB面叫做滑動(dòng)面?；瑒?dòng)面與界面的距離d長(zhǎng)約為一個(gè)分子大小?；瑒?dòng)面的存在，表明了吸附在固體表面上的離子與滑動(dòng)面內(nèi)的那些液體中離

13、子（指圖中虛線(xiàn)左邊的那些正離子）緊密地結(jié)合成了一個(gè)整體。因此，滑動(dòng)面內(nèi)的那些液中離子與緊貼在固體表面上的離子一樣是不隨液體流動(dòng)而帶走的。習(xí)慣上常把整個(gè)這一部分（即滑動(dòng)面左邊的全部）叫固定層或吸附層。另一部分（滑動(dòng)面右邊部分）叫活動(dòng)層或擴(kuò)散層。固定層與擴(kuò)散層之間的電勢(shì)差就是所謂(suwi)的電動(dòng)電勢(shì)（又叫電勢(shì)），而固液界面處的電勢(shì) 為總電勢(shì)。顯然這是兩種不同的電勢(shì)。電勢(shì)取決于固定層內(nèi)正負(fù)離子電荷的代數(shù)和（即固體表面上吸附的離子與滑動(dòng)面內(nèi)的液中離子之差），而總電勢(shì)決定于固體表面上所吸附的離子量。第48頁(yè)/共239頁(yè)第四十九頁(yè)，共239頁(yè)。第49頁(yè)/共239頁(yè)第五十頁(yè)，共239頁(yè)。第50頁(yè)/共239

14、頁(yè)第五十一頁(yè)，共239頁(yè)。根據(jù)(gnj)上式可求得偶電層兩邊的電勢(shì)差（電勢(shì)）為： 由于d遠(yuǎn)小于毛細(xì)管的半徑r，所以可以看成平行(pngxng)偶電平面，相當(dāng)于一個(gè)平板電容器，可知偶電層間的電場(chǎng)為 第51頁(yè)/共239頁(yè)第五十二頁(yè)，共239頁(yè)。當(dāng)沿著毛細(xì)管軸向加一個(gè)外電場(chǎng)E。時(shí)，在擴(kuò)散(kusn)電荷層上（圖中的正電荷層）每單位面積作用的靜電力為 此力推動(dòng)擴(kuò)散(kusn)層的離子移動(dòng)，移動(dòng)時(shí)帶動(dòng)液體。另外，液體運(yùn)動(dòng)時(shí)還受到粘滯阻力作用，根據(jù)牛頓公式，單位面積上所受的粘滯阻力 第52頁(yè)/共239頁(yè)第五十三頁(yè)，共239頁(yè)。因?yàn)閐很小，在一段很小的距離d內(nèi)速度由零變到u，因此，可用速度隨距離變化的平均變

15、化率u/d來(lái)代替(dit)du/dr，于是 在穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)，靜電力與粘滯力平衡，即 第53頁(yè)/共239頁(yè)第五十四頁(yè)，共239頁(yè)。消去便得到電滲速度 從上式中可以看出，電滲速度與電勢(shì)有關(guān)(yugun)，它指出了測(cè)量電勢(shì)的方法。已知液體和外電場(chǎng)時(shí),0，r，E0均已知，只要測(cè)出電滲速度，便可從（3-18）求出電勢(shì)第54頁(yè)/共239頁(yè)第五十五頁(yè)，共239頁(yè)。通常(tngchng)工程技術(shù)上不是測(cè)u值，而是測(cè)量單位時(shí)間里從毛細(xì)管流出來(lái)的液體體積V。如果毛細(xì)管內(nèi)半徑為 r，截面積則為 r2，單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)毛細(xì)管的液體體積V=r2u，將此代入，得： 測(cè)出了V，即可求出。第55頁(yè)/共239頁(yè)第五十六頁(yè)，共239

16、頁(yè)。若讓液體流動(dòng)時(shí)，使一邊液面上升，另一邊下降則兩邊形成壓力差P，在P的作用下液體發(fā)生倒流。根據(jù)泊氏滯流公式 式中l(wèi)為管長(zhǎng)。當(dāng)電滲流動(dòng)與壓差流動(dòng)平衡時(shí)，壓差P達(dá)到最大值。從（3-19）、（3-20）式可得到： 上式指出，測(cè)出穩(wěn)定時(shí)兩水面間水壓力差P，亦可算出。這里給出一個(gè)計(jì)算實(shí)例：當(dāng)水通過(guò)r=3.710-4m的玻璃毛細(xì)管時(shí)，求得P/E0l為2.02610-8 N/Vm2，水的相對(duì)介電常數(shù)r=80，從而(cng r)求得=-0.049V。負(fù)號(hào)表示玻璃帶負(fù)電。第56頁(yè)/共239頁(yè)第五十七頁(yè)，共239頁(yè)。沖流電流(dinli)與沖流電壓路中的液體在其接觸面處產(chǎn)生偶電層，當(dāng)液體兩端存在壓強(qiáng)差P時(shí)，液體

17、將從一端流向另一端。液體流動(dòng)帶走擴(kuò)散層的電荷，在管路內(nèi)形成沖流電流（Streaming current），記為Is，有時(shí)又稱(chēng)流動(dòng)電流。由于Is的存在，使管路一端有較多的正電荷，另一端有較多的負(fù)電荷，于是在管路兩端產(chǎn)生電勢(shì)差，叫做沖流電壓（又叫流動(dòng)電壓），記為U。如果管路兩端的總電阻為R，在沖方向相反的歐姆電流 U/R。若管路是絕緣的，當(dāng)沖流電流與歐姆電流相等(xingdng)時(shí)，達(dá)到平衡，這時(shí)沖流電壓達(dá)到穩(wěn)定。第57頁(yè)/共239頁(yè)第五十八頁(yè)，共239頁(yè)。第58頁(yè)/共239頁(yè)第五十九頁(yè)，共239頁(yè)。下面推導(dǎo)一下沖流電流的表達(dá)式。在推導(dǎo)中，我們使用下述假設(shè)： （1）偶電層的厚度遠(yuǎn)小于管的內(nèi)半徑，即

18、d，所以(r-d)2r2-2rd，故 第60頁(yè)/共239頁(yè)第六十一頁(yè)，共239頁(yè)。該擴(kuò)散層單位面積上的電量(dinling)為，則在單位時(shí)間里液體從擴(kuò)散層上沖刷下來(lái)的電量(dinling)即沖流電流為 根據(jù)第1和第4點(diǎn)假設(shè)，偶電層相當(dāng)于一個(gè)平板電容器，因此電勢(shì)與面電荷密度之間的關(guān)系為： dEDr0第61頁(yè)/共239頁(yè)第六十二頁(yè)，共239頁(yè)。根據(jù) Poiseuille定律，片流狀態(tài)(zhungti)下cf與Re滿(mǎn)足 則片流狀態(tài)(zhungti)下的沖流電流為： 第62頁(yè)/共239頁(yè)第六十三頁(yè)，共239頁(yè)。對(duì)于不太強(qiáng)的紊流情況（2108Re106），將布拉修(Blassius)經(jīng)驗(yàn)公式(gngsh

19、) 代入（3-25），即得紊流不太強(qiáng)時(shí)的沖流電流為： 第63頁(yè)/共239頁(yè)第六十四頁(yè)，共239頁(yè)。從而可知，在片流狀態(tài)，沖流電流與平均流速成正比，與管路直徑無(wú)關(guān)。在不太強(qiáng)的紊流狀態(tài)下，沖流電流與平均流速的1.75次方成比例，與直徑的0.75次方成比例。 若設(shè)液體的電導(dǎo)率為k，則長(zhǎng)為l，截面積為r2的液柱之電阻(dinz)R為 故在平衡狀態(tài)下，沖流電流等于歐姆電流，兩端的沖流電壓可表示為： 若將（3-26）、（3-27）代入上式，即可得到片流和紊流狀態(tài)下的沖流電壓。第64頁(yè)/共239頁(yè)第六十五頁(yè)，共239頁(yè)。這里要強(qiáng)調(diào)指出，當(dāng)液體(yt)作片流流動(dòng)時(shí)，以上結(jié)果才是正確的。若液體(yt)作紊流流動(dòng)

20、，只有滿(mǎn)足偶電層的厚度比紊流邊界層薄的假設(shè)條件才能應(yīng)用上述結(jié)果。對(duì)于電導(dǎo)率很高的液體(yt)，如水溶液，由于離子濃度大，偶電層厚度總是很薄，能夠滿(mǎn)足該假設(shè)條件。然而，對(duì)于大多數(shù)碳?xì)浠衔锏臒N類(lèi)液體(yt)，由于是非導(dǎo)電性液體(yt)，離子濃度小，電導(dǎo)低，偶電層的厚度可能遠(yuǎn)大于紊流邊界層的厚度，上面的公式當(dāng)然不適用。第65頁(yè)/共239頁(yè)第六十六頁(yè)，共239頁(yè)。為了解決這一困難，Rutgers, Moyer等人提出了新的假設(shè)。他們認(rèn)為，偶電層的厚度遠(yuǎn)大于紊流邊界層的厚度，說(shuō)明電荷不再局限在紊流邊界層內(nèi)流動(dòng)。他們假設(shè)，在紊流狀態(tài)下，管內(nèi)(un ni)的液中電荷均勻分布于管截面上。在偶電層的固定層上若

21、有一個(gè)確定的面電荷密度，與此對(duì)應(yīng)的擴(kuò)散層電荷在空間形成體電荷密度s，因?yàn)榕茧妼邮请娭行缘?，所以在長(zhǎng)為dx的一段管路中，液中電量與固定層上的電量之間有以下關(guān)系（不計(jì)紊流邊界層）： 即： 第66頁(yè)/共239頁(yè)第六十七頁(yè)，共239頁(yè)。其近似計(jì)算公式為 如果這些電荷從紊流邊界層上沖刷(chngshu)下去后又均勻分布于管內(nèi)，從（3-30）式可得沖流電流為： 第67頁(yè)/共239頁(yè)第六十八頁(yè)，共239頁(yè)。如果引入雷諾數(shù) 式中dP=2r為管道內(nèi)徑，則： 可見(jiàn)，沖流電流與速度的1.875次方成正比。這與Schn指出的速度指數(shù)介于(ji y)1.82之間相符合。 但是，必須指出，Rutgers的假設(shè)即液中電荷均

22、勻分布于管截面上，實(shí)際上只有低電導(dǎo)率液體在強(qiáng)紊流情況下才是可能的。（3-32）式也只適用于這種液流。第68頁(yè)/共239頁(yè)第六十九頁(yè)，共239頁(yè)。管道(gundo)長(zhǎng)度對(duì)起電的影響起電的同時(shí), 一部分電荷通過(guò)管壁泄放, 形成泄漏(xilu)電流.開(kāi)始時(shí), 起電快, 泄漏(xilu)慢.隨著起電量的增加, 泄漏(xilu)加快.當(dāng)泄漏(xilu)等于起電量時(shí), 達(dá)到平衡, 管道內(nèi)形成穩(wěn)定的沖流電流.第69頁(yè)/共239頁(yè)第七十頁(yè)，共239頁(yè)。設(shè)在單位時(shí)間內(nèi)從偶電層單位面積上沖刷下來(lái)的電量為Js（即起電電流密度，在平均流速v一定條件(tiojin)下，Js為常量），在單位時(shí)間內(nèi)向管壁的單位面積上泄放的

23、電量為Ja（即泄漏電流密度），則在一小段管路dl中，液中的電流增量為： 式中r為管道內(nèi)半徑。設(shè)液體的電導(dǎo)率為K，則泄漏電流密度為 第70頁(yè)/共239頁(yè)第七十一頁(yè)，共239頁(yè)。假定在dl范圍內(nèi)各點(diǎn)的Ew都相等；由于dl很短，在dl兩端面上的軸向電場(chǎng)亦可視為相等；設(shè)dl這段液柱內(nèi)的總電量為dQ，由高斯定理得： 亦即：因此(ync)得到： 第71頁(yè)/共239頁(yè)第七十二頁(yè)，共239頁(yè)。如果液中的電荷體密度為e，平均流速為v，則dl段內(nèi)的電量dQ又可表示為： 液體(yt)內(nèi)的電流 第72頁(yè)/共239頁(yè)第七十三頁(yè)，共239頁(yè)。 當(dāng)e和v在整個(gè)管截面上為常數(shù)(chngsh)時(shí)（只有在強(qiáng)紊流情況下才正確），把

24、二式相除并化簡(jiǎn)得： 將（3-39）代入（3-36）得： 第73頁(yè)/共239頁(yè)第七十四頁(yè)，共239頁(yè)。 再把此式代入（3-33）并分離變量得 這就是沖流電流在考慮(kol)管長(zhǎng)時(shí)的微分方程。其通解為 第74頁(yè)/共239頁(yè)第七十五頁(yè)，共239頁(yè)。設(shè)液體在送入管路時(shí)不帶電，則l=0時(shí)I=0,據(jù)此可定出 此時(shí)(c sh)沖流電流為 第75頁(yè)/共239頁(yè)第七十六頁(yè)，共239頁(yè)。 利用電流強(qiáng)度與電荷密度(md)的關(guān)系I=sr2v可求出液中電荷密度(md)s與管長(zhǎng)的關(guān)系為： 第76頁(yè)/共239頁(yè)第七十七頁(yè)，共239頁(yè)。第77頁(yè)/共239頁(yè)第七十八頁(yè)，共239頁(yè)。幾點(diǎn)結(jié)論： （l）在起電過(guò)程中，沖流電流或電荷

25、密度隨長(zhǎng)度l按指數(shù)規(guī)律增加。增加的速度(sd)取決于v。v小者，增加得慢，如圖（3-8）所示。 （2）當(dāng)l時(shí)，沖流電流或電荷密度趨于一穩(wěn)定值，稱(chēng)為飽和沖流電流或飽和電荷密度，亦即： 雖然從理論上講需經(jīng)無(wú)限長(zhǎng)的管路才達(dá)飽和，但實(shí)際上,當(dāng)液體流經(jīng)的長(zhǎng)度l=v時(shí)，電流（或電荷）已達(dá)飽和值的63；若l=3v,已達(dá)飽和值的95%;若流經(jīng)5v的距離，則可達(dá)飽和值的99。所以有的人認(rèn)為，只要流經(jīng)v的距離電流或電荷密度(md)就算達(dá)到了飽和,并把v稱(chēng)為飽和距離。筆者與導(dǎo)師皆認(rèn)為,應(yīng)該把3v5v稱(chēng)為飽和距離更合理些。 第78頁(yè)/共239頁(yè)第七十九頁(yè)，共239頁(yè)。（3）在推導(dǎo)（3-42）式時(shí)，利用了l0時(shí),I0這

26、樣的邊界條件。實(shí)際上這不是最一般的情況。如果假定送入管路時(shí)液體就已帶有電流I0，這時(shí)應(yīng)該使用l0，II0這一邊界條件來(lái)確定積分常數(shù)c，這時(shí) 這就得到： 式中I0為進(jìn)入管路時(shí)的初始電流。由上式可見(jiàn)(kjin)，初始電流隨管長(zhǎng)按指數(shù)規(guī)律衰減。（3-46）式才是沖流電流的一般表式，即：管路內(nèi)的沖流電流由兩部分組成，一部分是管路內(nèi)偶電層分離形成的電流，另一部分是從管外帶進(jìn)來(lái)的初始電流。前者隨管長(zhǎng)按指數(shù)規(guī)律上升，后者隨管長(zhǎng)按指數(shù)規(guī)律下降。當(dāng)經(jīng)無(wú)限長(zhǎng)管路后，前者上升到飽和值Is，后者降為零。這就是說(shuō)足夠長(zhǎng)的管路后，初始電流I0對(duì)管路電流的貢獻(xiàn)可以忽略不計(jì)。第79頁(yè)/共239頁(yè)第八十頁(yè)，共239頁(yè)。（4）對(duì)

27、于電解質(zhì)的水溶液，因?yàn)殡妼?dǎo)率K大，所以很小，因此I達(dá)飽和所需的距離很短，對(duì)這類(lèi)液體不必考慮管長(zhǎng)的影響。對(duì)于非導(dǎo)電性溶液，由于電導(dǎo)率低，很大，I達(dá)飽和所需距離35v 就較長(zhǎng)。這時(shí)，如果流經(jīng)管路(un l)亦很長(zhǎng)，即lv，則可認(rèn)為I早已達(dá)飽和。如果流經(jīng)管路(un l)很短，即lv，則必須考慮l對(duì)I 的影響。從下面的推導(dǎo)可出，這時(shí)I與l成正比： 由于lv）內(nèi)流動(dòng)時(shí)，A取（15/4）10-6 As2/m4。 式中、對(duì)不同的管道取不同的值，如表3-1所示。研究者值值主要條件Koszman and Gavis1.880.88管道直徑在0.10.5cm間Schn1.82.01.82.0管道直徑不同時(shí)、有不同

28、值Gibson and Tloyd2.41.6管道直徑在1.6210.9cm之間第88頁(yè)/共239頁(yè)第八十九頁(yè)，共239頁(yè)。噴霧起電與帶電(di din)水霧噴霧起電(Spray Electrification)(又稱(chēng)噴射(pnsh)起電)濺潑起電(Splash Electrification)液滴破碎起電第89頁(yè)/共239頁(yè)第九十頁(yè)，共239頁(yè)。第90頁(yè)/共239頁(yè)第九十一頁(yè)，共239頁(yè)。第91頁(yè)/共239頁(yè)第九十二頁(yè)，共239頁(yè)。破碎(p su)起電1890年Elster, Geitel發(fā)現(xiàn)阿爾卑斯山的急流濺起的水滴強(qiáng)烈?guī)щ?1892年lenard發(fā)現(xiàn)上升氣流從瀑布底部水面帶起的小水滴帶負(fù)

29、電.1909年Simpson發(fā)現(xiàn)強(qiáng)烈垂直射流中水滴破碎(p su)產(chǎn)生了可觀電荷.1921年Lenard實(shí)驗(yàn)證實(shí)了這些結(jié)果.第92頁(yè)/共239頁(yè)第九十三頁(yè)，共239頁(yè)。Zeleny在1933年使用高度(god)凈化的水作實(shí)驗(yàn)。他發(fā)現(xiàn)在20m/s水平射流中的一個(gè)水滴破碎后會(huì)產(chǎn)生約710-6C/m3的電量。1952年查普曼（ChaPman）使直徑4mm的許多蒸餾水水滴落到速度為17.3 m/s垂直射流中，則劇烈的破碎使每個(gè)水滴產(chǎn)生約110-10C的電量，約合3.3310-3C/m3。然而，當(dāng)使兩個(gè)水滴碰撞后的不穩(wěn)定水滴在8m/s的穩(wěn)定上升氣流中破碎成若干較大的碎滴時(shí)，產(chǎn)生的電量與Simpson和Z

30、eleny發(fā)現(xiàn)的量級(jí)相同。由此看來(lái)，水滴破碎時(shí)產(chǎn)生的電量取決于它們破碎的劇烈程度。第93頁(yè)/共239頁(yè)第九十四頁(yè)，共239頁(yè)。后來(lái)人們又發(fā)現(xiàn)，電場(chǎng)的存在對(duì)水滴破碎起電量影響較大。Matthews和Mason1944年在1500V/m的電場(chǎng)中和靜止空氣中，對(duì)下落水滴的破碎和起電進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室研究。他們使一個(gè)直徑約為12mm的水滴下落12m以后，在一對(duì)產(chǎn)生垂直電場(chǎng)的水平電極間破碎，使較大碎滴無(wú)濺射地通過(guò)(tnggu)法拉第筒以測(cè)出其電量，而破碎的體積可在收集稱(chēng)量后確定。測(cè)試結(jié)果表明,當(dāng)沒(méi)有外加電場(chǎng)時(shí),破碎水滴產(chǎn)生的電量約為3.3310-6 C/m3，這與Simpson和Zeleny的結(jié)果相吻合。當(dāng)有外

31、加電場(chǎng)時(shí)，每單位體積水的平均電量隨場(chǎng)強(qiáng)增大而增大。當(dāng)場(chǎng)強(qiáng)達(dá)到1500V/cm時(shí)，起電量可達(dá)到1.8310-3 C/m3，提高了近550倍！第94頁(yè)/共239頁(yè)第九十五頁(yè)，共239頁(yè)。 實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)，水面上的氣泡膨脹破裂時(shí)，噴射出來(lái)的小水滴同樣是帶電的。Blanchar(1963)以及Iribarne和Mason(1967)的實(shí)驗(yàn)表明，氣泡破裂時(shí)噴射出來(lái)的小液滴所帶電荷與氣泡半徑、溶液濃度(nngd)以及破裂前氣泡的壽命有關(guān)。一個(gè)半徑為R的氣泡所噴射出來(lái)的許多水滴上的總電量為： 式中C是溶液濃度(nngd)，單位為克分子升。該式表明，電量隨溶液濃度(nngd)增大而減小。這是因?yàn)榕茧妼拥暮穸入S溶液

32、濃度(nngd)增大而減小的結(jié)果。第95頁(yè)/共239頁(yè)第九十六頁(yè)，共239頁(yè)。下表給出了幾艘輪船(lnchun)洗艙水噴霧起電所形成的空間電荷密度實(shí)測(cè)值。 第貝坦輪1972年1月測(cè)試霍夫羅娃1972年12月測(cè)試捷德佛列斯特輪1973年3月測(cè)試艙內(nèi)情況污水污水 干凈水污水 干凈水水溫506027 洗艙機(jī)流量m3/h8352160 21601160 1160空間電荷密度nC/ m315-14 7 22第96頁(yè)/共239頁(yè)第九十七頁(yè)，共239頁(yè)。洗艙的電荷密度飽和值隨時(shí)間(shjin)的衰減以及靜電尺寸效應(yīng)第97頁(yè)/共239頁(yè)第九十八頁(yè)，共239頁(yè)。第98頁(yè)/共239頁(yè)第九十九頁(yè)，共239頁(yè)。激涌起

33、電 19671972年，若干艘大型OBO船在海上相繼爆炸。這些事故與油輪洗艙沒(méi)有關(guān)系。我國(guó)1986年10月爆炸的一艘2萬(wàn)多噸的油輪，既未洗艙，又未航行，而是停泊在碼頭進(jìn)行排放壓艙水作業(yè)。事后進(jìn)行的大量調(diào)查研究與實(shí)驗(yàn)研究證實(shí)，這些事故，均與壓艙水（為了配載平衡和船舶穩(wěn)度的需要人為裝載(zhungzi)的海水又稱(chēng)壓載水）有關(guān)。第99頁(yè)/共239頁(yè)第一百頁(yè)，共239頁(yè)。在船舶航行(hngxng)過(guò)程中，壓艙水不可避免地因搖晃而引起激涌，沖刷艙壁及其構(gòu)件，激涌的本身所激起的波浪也會(huì)產(chǎn)生帶電的水霧。激涌的過(guò)程又伴隨著濺潑，水柱的破碎等起電過(guò)程。因此，壓艙水同樣能在船艙空間產(chǎn)生帶電水霧，產(chǎn)生很強(qiáng)的靜電場(chǎng)。

34、實(shí)測(cè)表明：混裝船的壓艙水激涌時(shí)所產(chǎn)生的靜電位與油輪洗艙時(shí)的靜電位非常相近。例如，含有油腳水的貨艙中每邊最大為4o的搖晃就足以形成很強(qiáng)的帶電霧氣。其電荷密度可與用水清洗含污水的相似貨艙時(shí)所產(chǎn)生的電荷密度相比擬，甚至更高。其達(dá)到飽和值所需時(shí)間更短。觀測(cè)到的最大空間電位為-50kV，最大電荷密度為50nC/m3。這恰好是洗艙時(shí)靜電場(chǎng)的數(shù)量級(jí)。第100頁(yè)/共239頁(yè)第一百零一頁(yè)，共239頁(yè)。項(xiàng)目第貝坦輪1972年1月測(cè)試霍夫羅娃輪1972年12月測(cè)試捷德佛列斯特輪1973年3月測(cè)試污水艙液面占整個(gè)艙內(nèi)空間的百分比約65%約55%約60%搖晃角度約5o 約4o 約4o 空間電荷密度nC/m318-50-

35、18第101頁(yè)/共239頁(yè)第一百零二頁(yè)，共239頁(yè)。上表是幾艘船舶航行過(guò)程中壓艙水激涌時(shí)所產(chǎn)生的艙內(nèi)靜電場(chǎng)的實(shí)測(cè)值（測(cè)量的是空間電荷密度）。很容易發(fā)現(xiàn)，壓艙水激涌時(shí)所產(chǎn)生的空間電荷密度與油輪洗艙時(shí)的空間電荷密度非常相似，甚至更高。 必須指出，無(wú)論是洗艙水還是壓艙水，所形成的帶電水霧均是由一個(gè)個(gè)帶電懸浮粒子所組成。這些成懸浮狀態(tài)的粒子與原來(lái)液體的連續(xù)相有完全不同的性質(zhì)。首先，液相的電導(dǎo)率原來(lái)對(duì)起電量有舉足輕重的影響，但變成懸浮粒子后，這些不連續(xù)相的粒子就具有特殊的起電規(guī)律，電導(dǎo)率不再是重要(zhngyo)因素。其次，由于空氣是良好的絕緣體，懸浮粒子的電荷不容易泄放（這里暫不考慮粒子碰撞所引起的電

36、荷中和），因此，懸浮的液滴能保持多長(zhǎng)時(shí)間，電荷就幾乎能保持同樣的時(shí)間。第102頁(yè)/共239頁(yè)第一百零三頁(yè)，共239頁(yè)。沉降起電（第二(d r)部分再講）測(cè)量了裝油期間和裝油之后大型油艙內(nèi)電場(chǎng)強(qiáng)度、油品時(shí)間常數(shù)理論值與實(shí)測(cè)值之間有巨大(jd)差異.這是由沉降電勢(shì)所引起.沉降起電的本質(zhì)仍是接觸分離起電.第103頁(yè)/共239頁(yè)第一百零四頁(yè)，共239頁(yè)。第104頁(yè)/共239頁(yè)第一百零五頁(yè)，共239頁(yè)。第105頁(yè)/共239頁(yè)第一百零六頁(yè)，共239頁(yè)。人體在靜電場(chǎng)中，也會(huì)感應(yīng)起電，如果人體與地絕緣，就成為獨(dú)立的帶電體。如果空間存在帶電顆粒，人們?cè)诖谁h(huán)境中可產(chǎn)生吸附帶電。人體靜電的極性和數(shù)值受人們所處的環(huán)境

37、的溫濕度、所穿的內(nèi)外衣的材質(zhì)、鞋、襪、地面、運(yùn)動(dòng)(yndng)速度、人體對(duì)地電容等因素影響。 第106頁(yè)/共239頁(yè)第一百零七頁(yè)，共239頁(yè)。接觸(jich)分離和活動(dòng)帶電第107頁(yè)/共239頁(yè)第一百零八頁(yè)，共239頁(yè)。感感應(yīng)(gnyng)和觸摸帶電帶電第108頁(yè)/共239頁(yè)第一百零九頁(yè)，共239頁(yè)。人體感應(yīng)(gnyng)靜電第109頁(yè)/共239頁(yè)第一百一十頁(yè)，共239頁(yè)。感應(yīng)靜電(jngdin)測(cè)試結(jié)果靜電(jngdin)感應(yīng)靜電(jngdin)測(cè)試結(jié)果測(cè)試結(jié)果感應(yīng)感應(yīng)靜電(jngdin)測(cè)試結(jié)果靜感應(yīng)靜電(jngdin)測(cè)試結(jié)果電測(cè)試結(jié)果感應(yīng)靜電(jngdin)測(cè)試結(jié)果感應(yīng)靜電(jngdi

38、n)測(cè)試結(jié)果感應(yīng)靜電測(cè)試結(jié)果感應(yīng)靜電測(cè)試結(jié)果感應(yīng)靜電測(cè)試結(jié)果第110頁(yè)/共239頁(yè)第一百一十一頁(yè)，共239頁(yè)。第111頁(yè)/共239頁(yè)第一百一十二頁(yè)，共239頁(yè)。第112頁(yè)/共239頁(yè)第一百一十三頁(yè)，共239頁(yè)。第113頁(yè)/共239頁(yè)第一百一十四頁(yè)，共239頁(yè)。人體(rnt)靜電測(cè)試儀人體(rnt)靜電消除器第114頁(yè)/共239頁(yè)第一百一十五頁(yè)，共239頁(yè)。第115頁(yè)/共239頁(yè)第一百一十六頁(yè)，共239頁(yè)。第116頁(yè)/共239頁(yè)第一百一十七頁(yè)，共239頁(yè)。第117頁(yè)/共239頁(yè)第一百一十八頁(yè)，共239頁(yè)。電暈放電是發(fā)生在不均勻的電場(chǎng)中，空氣被局部電離的一種放電形式。若要引發(fā)電暈放電，通常要求電極

39、或帶電體附近的電場(chǎng)較強(qiáng)。對(duì)于兩極間的靜電放電，只有當(dāng)某一電極或兩個(gè)電極本身的尺寸比起極間距離小得多時(shí)才會(huì)出現(xiàn)電暈放電。例如，在空氣中兩平行細(xì)線(xiàn)間的ESD，只有當(dāng)細(xì)線(xiàn)的半徑r與兩線(xiàn)間距d之比d / r 5.85時(shí)，才有可能產(chǎn)生電暈放電。否則，隨著極間電壓的升高，兩極間直接產(chǎn)生火花放電而不會(huì)產(chǎn)生電暈放電。其它能產(chǎn)生電暈放電的典型的電極結(jié)構(gòu)還有圓柱筒與其軸線(xiàn)上的細(xì)導(dǎo)線(xiàn)，細(xì)線(xiàn)與平板，尖端(jindun)與平板等。另外，處在空氣中的帶電體及接地表面上有突起或楞角部分，當(dāng)其帶電體的電位足夠高時(shí)也會(huì)產(chǎn)生電暈放電。這種放電有時(shí)又稱(chēng)尖端(jindun)放電。第118頁(yè)/共239頁(yè)第一百一十九頁(yè)，共239頁(yè)。引發(fā)

40、電暈放電的機(jī)制、閾值電壓及放電產(chǎn)生的電暈形態(tài)都與放電尖端的極性密切相關(guān)。根據(jù)放電尖端的極性不同，電暈放電可分為正電暈和負(fù)電暈兩種。當(dāng)放電尖端為負(fù)極(fj)性時(shí)，產(chǎn)生的電暈稱(chēng)為負(fù)電暈放電。形成負(fù)電暈的機(jī)制即所謂湯遜（Townsend）機(jī)制，即產(chǎn)生二次電子雪崩的次級(jí)電子是由正離子碰撞陰極表面引起陰極的電子發(fā)射而產(chǎn)生的。而放電尖端為陽(yáng)極時(shí)的電暈放電則稱(chēng)為正電暈。在這種情況下，流向陽(yáng)極的正離子難以從場(chǎng)中獲取足夠的能量引起陰極的二次電子發(fā)射，此時(shí)在尖端處維持放電過(guò)程的二次電子主要是由其附近的中性分子和原子的光電離而提供的。從電暈放電產(chǎn)生的電暈的形狀來(lái)看，負(fù)電暈是包圍著放電尖端的均勻光暈圈，而正電暈則呈現(xiàn)

41、出非均勻的絲狀。一般來(lái)說(shuō)，正電暈的起暈電壓要比負(fù)電暈的高。第119頁(yè)/共239頁(yè)第一百二十頁(yè)，共239頁(yè)。電暈放電是一種高電位、小電流、空氣被局部電離的放電過(guò)程。它產(chǎn)生的電流很小，約在1A到幾百個(gè)A之間。因此一般不具備引燃能力。一方面，電暈放電的許多特點(diǎn)正被人們廣泛的利用，例如靜電除塵、靜電分選以及靜電消除器、蓋革米勒計(jì)數(shù)器中都用到了電暈放電技術(shù)；但另一方面，電暈放電又會(huì)給許多系統(tǒng)造成電磁干擾。在一定條件下，電暈放電產(chǎn)生的放電電流會(huì)呈現(xiàn)出周期性的脈沖形式。當(dāng)放電電極為陰極時(shí)，電流脈沖重復(fù)頻率可達(dá)104Hz；而防盜電極為陽(yáng)極時(shí)，這一頻率可達(dá)106Hz。這就是所謂特里切爾（Trichel）脈沖（由

42、他于1938年首次發(fā)現(xiàn)(fxin)）。由于這些脈沖正好位于射頻段，因此會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的射頻干擾。這一現(xiàn)象對(duì)于航空、航天以及武器裝備中微電子系統(tǒng)將產(chǎn)生不可忽視的危害。飛機(jī)、航天器、導(dǎo)彈在飛行過(guò)程中，機(jī)殼或彈體上會(huì)因磨擦而產(chǎn)生靜電。當(dāng)靜電電位足夠高時(shí)，可引發(fā)電暈放電，而電暈放電形成的電磁干擾會(huì)對(duì)飛機(jī)、航天器、導(dǎo)彈的制導(dǎo)系統(tǒng)產(chǎn)生干擾，造成制導(dǎo)失靈或通信中斷，引發(fā)事故。另外，高壓輸電線(xiàn)上的電暈放電會(huì)造成不必要的電力浪費(fèi)。第120頁(yè)/共239頁(yè)第一百二十一頁(yè)，共239頁(yè)。電暈(din yn)放電部分圖例第121頁(yè)/共239頁(yè)第一百二十二頁(yè)，共239頁(yè)。第122頁(yè)/共239頁(yè)第一百二十三頁(yè)，共239頁(yè)。第12

43、3頁(yè)/共239頁(yè)第一百二十四頁(yè)，共239頁(yè)。當(dāng)絕緣體相對(duì)于導(dǎo)體電位的極性不同時(shí)，其形成的刷型放電所釋放的能量和在絕緣體上產(chǎn)生的放電區(qū)域及形狀是不一樣的。當(dāng)絕緣體相對(duì)導(dǎo)體是正電位時(shí)，在絕緣體上產(chǎn)生的放電區(qū)域?yàn)榫鶆虻膱A狀，放電面積較小，釋放的能量也較少。而當(dāng)絕緣體相對(duì)于導(dǎo)體是負(fù)電位時(shí)，在絕緣體上的放電區(qū)域是不規(guī)則的星狀區(qū)域，面積比較大，釋放的能量也較多。另外，刷型放電還與參與放電的導(dǎo)體的線(xiàn)度及絕緣體的表面積的大小有關(guān)。在一定范圍內(nèi)，導(dǎo)體線(xiàn)度越大，絕緣體的帶電面積越大，刷型放電釋放的能量也越大。一般(ybn)地說(shuō)，刷型放電釋放的能量可高達(dá)4mj。因此，它可引燃大多數(shù)的可燃?xì)怏w，但它一般(ybn)不會(huì)

44、引燃粉體?？墒?，90年代歐洲的最新研究成果則推翻了這個(gè)結(jié)論。Glor, Maurer已用哈特曼管的刷形放電成功點(diǎn)燃硫磺粉和聚乙烯粉. 新實(shí)驗(yàn)中確定的聚乙烯粉和硫磺粉的最小點(diǎn)火能量分別為13和1mJ.第124頁(yè)/共239頁(yè)第一百二十五頁(yè)，共239頁(yè)。感應(yīng)性刷形放電(fng din)第125頁(yè)/共239頁(yè)第一百二十六頁(yè)，共239頁(yè)。第126頁(yè)/共239頁(yè)第一百二十七頁(yè)，共239頁(yè)。第127頁(yè)/共239頁(yè)第一百二十八頁(yè)，共239頁(yè)。當(dāng)靜電電位比較高的帶電導(dǎo)體或人體,靠近其它(qt)導(dǎo)體、人體或接地導(dǎo)體時(shí)，便會(huì)引發(fā)靜電火花放電?；鸹ǚ烹娛且粋€(gè)瞬變的過(guò)程。放電時(shí)兩導(dǎo)體間的空氣被擊穿，形成“快如閃電”的火

45、花通道。與此同時(shí)，還伴隨著劈啪的爆裂聲。爆裂聲是由火花通道內(nèi)空氣溫度的急劇上升形成的沖擊波造成的。在發(fā)生火花放電時(shí)，靜電能量瞬時(shí)集中釋放，其引燃、引爆能力較強(qiáng)。另外，火花放電產(chǎn)生的放電電流及電磁脈沖具有較大的破壞力。它可對(duì)一些敏感的電子器件和設(shè)備造成危害。第128頁(yè)/共239頁(yè)第一百二十九頁(yè)，共239頁(yè)。還應(yīng)當(dāng)指出，帶電導(dǎo)體產(chǎn)生(chnshng)的火花放電和人體產(chǎn)生(chnshng)的火花放電是不完全相同的。在多數(shù)情況下，導(dǎo)體的靜電放電，形成一次火花通道便能放掉絕大部分靜電電荷，即靜電能量可以集中釋放。而對(duì)于人體靜電放電來(lái)說(shuō)，由于人體阻抗是隨人體靜電電位變化而變化，在一次放電過(guò)程中可能包含了多

46、次火花通道的形成、消失過(guò)程，即重復(fù)放電。在每次放電過(guò)程中僅僅放掉一部分電荷。即每次僅釋放人體靜電能量的一部分。第129頁(yè)/共239頁(yè)第一百三十頁(yè)，共239頁(yè)。高。第130頁(yè)/共239頁(yè)第一百三十一頁(yè)，共239頁(yè)。傳播型刷型放電又稱(chēng)沿面放電，還稱(chēng)Lichtenberg放電。只有當(dāng)絕緣體的表面電荷密度大于2.710-4C/m2時(shí)才可能發(fā)生。但在常溫、常壓下，如此高的電荷面密度較難出現(xiàn)。因?yàn)樵诳諝庵袉螛O性絕緣體表面電荷密度的極限值約為2.710-5C/m2，超過(guò)此極限值時(shí)就會(huì)使空氣電離。只有當(dāng)絕緣體兩側(cè)帶有不同極性的電荷且其厚度小于8mm時(shí)，才有可能出現(xiàn)這樣高的表面電荷密度，此時(shí)絕緣體內(nèi)部電場(chǎng)很強(qiáng)，

47、而在空氣中則較弱。當(dāng)絕緣板一側(cè)緊貼有接地金屬板時(shí)，就可能出現(xiàn)這樣高的表面電荷密度。另外，當(dāng)電介質(zhì)板被高度極化時(shí)也可能出現(xiàn)這種情況。若金屬導(dǎo)體靠近帶電絕緣體表面時(shí)，外部電場(chǎng)得到加強(qiáng)，也可引發(fā)(yn f)刷性放電。刷型放電導(dǎo)致絕緣板上某一部分的電荷被中和，與此同時(shí)它周?chē)糠指呙芏鹊谋砻骐姾杀阍诖颂幮纬珊軓?qiáng)的徑向電場(chǎng)，這一電場(chǎng)會(huì)導(dǎo)致進(jìn)一步的擊穿，這樣放電沿著整個(gè)絕緣板的表面?zhèn)鞑ラ_(kāi)來(lái)，直到所有的電荷全部被中和。傳播型刷型放電釋放的能量很大，有時(shí)可達(dá)數(shù)焦耳，因此其引燃引爆能力極強(qiáng)。實(shí)際上這種很高的表面電荷密度主要發(fā)生在氣流輸送粉料時(shí)，或者由絕緣材質(zhì)構(gòu)成的大型容器或由帶絕緣襯層的金屬材質(zhì)構(gòu)成的大型容器，在

48、灌充粉狀絕緣材料時(shí)。第131頁(yè)/共239頁(yè)第一百三十二頁(yè)，共239頁(yè)。第132頁(yè)/共239頁(yè)第一百三十三頁(yè)，共239頁(yè)。第133頁(yè)/共239頁(yè)第一百三十四頁(yè)，共239頁(yè)。第134頁(yè)/共239頁(yè)第一百三十五頁(yè)，共239頁(yè)。第135頁(yè)/共239頁(yè)第一百三十六頁(yè)，共239頁(yè)。第136頁(yè)/共239頁(yè)第一百三十七頁(yè)，共239頁(yè)。第137頁(yè)/共239頁(yè)第一百三十八頁(yè)，共239頁(yè)。第138頁(yè)/共239頁(yè)第一百三十九頁(yè)，共239頁(yè)。第139頁(yè)/共239頁(yè)第一百四十頁(yè)，共239頁(yè)。人體電位（kV）電擊程度備注1.0完全無(wú)感覺(jué)2.0手指外側(cè)有感覺(jué)，但不疼發(fā)出微弱放電聲2.5有針觸的感覺(jué)，有哆嗦感，但不疼3.0有被

49、針刺的感覺(jué)，微疼4.0有被針深刺的感覺(jué)，手指微疼見(jiàn)到放電的微光5.0從手掌到前腕感到疼指尖延伸出微光6.0手指感到劇疼，后腕感到沉重7.0手指和手掌感到劇疼，稍有麻木感覺(jué)第140頁(yè)/共239頁(yè)第一百四十一頁(yè)，共239頁(yè)。人體電位（kV）電擊程度備注8.0從手掌到前腕有麻木的感覺(jué)9.0手腕子感到劇疼，手感到麻木沉重10.0整個(gè)手感到疼，有電流過(guò)的感覺(jué)11.0手指劇麻，整個(gè)手感到被強(qiáng)烈電擊12.0整個(gè)手感到被強(qiáng)烈打擊由于人體電擊刺激帶來(lái)的精神緊張，往往會(huì)造成手腳動(dòng)作失常，被機(jī)器設(shè)備碰傷或從高處墜落，造成靜電(jngdin)危害的二次事故。第141頁(yè)/共239頁(yè)第一百四十二頁(yè)，共239頁(yè)。第142頁(yè)

50、/共239頁(yè)第一百四十三頁(yè)，共239頁(yè)。第143頁(yè)/共239頁(yè)第一百四十四頁(yè)，共239頁(yè)。第144頁(yè)/共239頁(yè)第一百四十五頁(yè)，共239頁(yè)。第145頁(yè)/共239頁(yè)第一百四十六頁(yè)，共239頁(yè)。第146頁(yè)/共239頁(yè)第一百四十七頁(yè)，共239頁(yè)。第147頁(yè)/共239頁(yè)第一百四十八頁(yè)，共239頁(yè)。第148頁(yè)/共239頁(yè)第一百四十九頁(yè)，共239頁(yè)。第149頁(yè)/共239頁(yè)第一百五十頁(yè)，共239頁(yè)。: . 多, 血管極少, 不易帶走熱量. 在射頻照射下易水腫. 照射強(qiáng)度增大(zn d), 會(huì)使晶體混濁, 形成白內(nèi)障. 在極強(qiáng)照射下, 會(huì)失明. 第150頁(yè)/共239頁(yè)第一百五十一頁(yè)，共239頁(yè)。第151頁(yè)/共

51、239頁(yè)第一百五十二頁(yè)，共239頁(yè)。第152頁(yè)/共239頁(yè)第一百五十三頁(yè)，共239頁(yè)。第153頁(yè)/共239頁(yè)第一百五十四頁(yè)，共239頁(yè)。第154頁(yè)/共239頁(yè)第一百五十五頁(yè)，共239頁(yè)。第155頁(yè)/共239頁(yè)第一百五十六頁(yè)，共239頁(yè)。第156頁(yè)/共239頁(yè)第一百五十七頁(yè)，共239頁(yè)。部分企業(yè)(qy)的防靜電措施第157頁(yè)/共239頁(yè)第一百五十八頁(yè)，共239頁(yè)。第158頁(yè)/共239頁(yè)第一百五十九頁(yè)，共239頁(yè)。第159頁(yè)/共239頁(yè)第一百六十頁(yè)，共239頁(yè)。第160頁(yè)/共239頁(yè)第一百六十一頁(yè)，共239頁(yè)。第161頁(yè)/共239頁(yè)第一百六十二頁(yè)，共239頁(yè)。第162頁(yè)/共239頁(yè)第一百六十三頁(yè)，

52、共239頁(yè)。正如前幾章章中所指出的，油品在管線(xiàn)內(nèi)流動(dòng)時(shí)靜電起電量與流速的1.52次方成比例地增加。例如，汽油、航空煤油之類(lèi)的油品，在直徑為67.5mm的鐵管(ti un)內(nèi)、流量為每秒10升時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)的起電量可達(dá)10-7A以上。若使它流入對(duì)地電容為1000pF的油艙，假設(shè)電荷不泄漏，艙內(nèi)就會(huì)以每秒100V的速度升高電壓。國(guó)內(nèi)某單位對(duì)裝柴油的油艙做過(guò)實(shí)驗(yàn)，開(kāi)始流量較低時(shí)，靜電起電并不明顯。例如，流量為23t/h時(shí)，半小時(shí)后測(cè)得靜電電位剛剛升到870V。若將流量提高到15t/h，約經(jīng)6分鐘靜電電位從190V上升到7000V?？梢?jiàn)，控制液體流速，是減少靜電產(chǎn)生的有效方法。 第163頁(yè)/共239頁(yè)

53、第一百六十四頁(yè)，共239頁(yè)。不少?lài)?guó)家的防靜電規(guī)程對(duì)裝油時(shí)的流速均作出了限制(xinzh)。但很不統(tǒng)一。有的是根據(jù)本國(guó)研究機(jī)構(gòu)的研究結(jié)果制訂的，有的是工業(yè)部門(mén)或行業(yè)協(xié)會(huì)制訂的。下面給出國(guó)際上影響最大的三個(gè)控制流速的計(jì)算公式，供參考。 原西德化學(xué)工業(yè)協(xié)會(huì)，對(duì)于煤油、噴氣飛機(jī)燃料、清潔用輕質(zhì)汽油等，推薦采用如下經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)確定極限流速： 或者 第164頁(yè)/共239頁(yè)第一百六十五頁(yè)，共239頁(yè)。美國(guó)石油學(xué)會(huì)（API）推薦實(shí)用規(guī)程則提出如下流速公式： 對(duì)于汽車(chē)槽車(chē)： vd0.5 對(duì)于鐵路(til)槽車(chē)、油輪： vd0.8 第165頁(yè)/共239頁(yè)第一百六十六頁(yè)，共239頁(yè)。 殼牌石油公司也同意使用上式。 按

54、美國(guó)公式計(jì)算，其流速要比原西德的流速為快。但是，也有更保守的安全流速公式，例如(lr)比較有影響的西歐某一研究機(jī)構(gòu)提出如下公式： vd0.38 第166頁(yè)/共239頁(yè)第一百六十七頁(yè)，共239頁(yè)。第167頁(yè)/共239頁(yè)第一百六十八頁(yè)，共239頁(yè)。事故統(tǒng)計(jì)資料也表明，頂部裝油的事故幾率大大高于底部裝油。從頂部注油造成事故的例子國(guó)內(nèi)外都時(shí)見(jiàn)報(bào)道。例如，1977年12月，某工廠一個(gè)200噸的油倉(cāng)裝柴油時(shí)，使用(shyng)頂部注入方式，柴油中還夾有水，每小時(shí)約以1213噸的流量從內(nèi)徑為2.5英寸的管口噴入艙內(nèi)，約十幾分鐘發(fā)生了爆炸，繼而引起大火。事后的模擬實(shí)驗(yàn)表明：經(jīng)5分鐘測(cè)得油面電位達(dá)7000V。隨

55、后以相同速度從下部注入，5分鐘后電位便從6000V降到300V。所以，堅(jiān)持底部注入要安全得多。 第168頁(yè)/共239頁(yè)第一百六十九頁(yè)，共239頁(yè)。底部注油之所以油面電位較低，是由于下面幾項(xiàng)原因：在局部范圍內(nèi)可避免因油柱集中下落形成較高的油面電荷密度；減少了噴濺、泡沫，從而減少了新電荷的產(chǎn)生；減少了油品的霧化及蒸發(fā)，從而避免低于閃點(diǎn)溫度時(shí)的點(diǎn)燃；油面上(min shn)部沒(méi)有突出接地體，從而避免了局部電場(chǎng)的增高。 第169頁(yè)/共239頁(yè)第一百七十頁(yè)，共239頁(yè)。第170頁(yè)/共239頁(yè)第一百七十一頁(yè)，共239頁(yè)。第171頁(yè)/共239頁(yè)第一百七十二頁(yè)，共239頁(yè)。第172頁(yè)/共239頁(yè)第一百七十三頁(yè)

56、，共239頁(yè)。外，還能起到加快電荷泄外，還能起到加快電荷泄漏的作用，從而消除了靜漏的作用，從而消除了靜電積聚的危險(xiǎn)。電積聚的危險(xiǎn)。第173頁(yè)/共239頁(yè)第一百七十四頁(yè)，共239頁(yè)。加拿大于1963年開(kāi)始在石油產(chǎn)品中使用抗靜電添加劑（ASA-3）。1968年英國(guó)開(kāi)始使用石油抗靜電添加劑。1980年北大西洋組織就使用石油抗靜電添加劑達(dá)成協(xié)議，并制定了使用管理標(biāo)準(zhǔn)（ASTM一AG3747）。美國(guó)于1979年5月正式批準(zhǔn)使用石油抗靜電添加劑。前蘇聯(lián)于1978年開(kāi)始使用抗靜電添加劑。我國(guó)北京石油化工科學(xué)研究院、蘭州煉油廠等單位已于1976年研制成功了T1501石油抗靜電添加劑，并已于1979年陸續(xù)(lx

57、)在全國(guó)開(kāi)始推廣使用。 第174頁(yè)/共239頁(yè)第一百七十五頁(yè)，共239頁(yè)。目前的抗靜電添加劑的類(lèi)型，基本上可分為陽(yáng)離子表面活性劑，陰離子表面活性劑和兩性表面活性劑。就其組成來(lái)說(shuō)，抗靜電添加劑都采用多組份金屬鹽化合物。這是因?yàn)閮煞N金屬鹽配合使用能起到顯著的增效和協(xié)和作用。其混合(hnh)溶液的電導(dǎo)率要比兩種單體鹽電導(dǎo)率之和增大數(shù)百倍甚至上千倍。 第175頁(yè)/共239頁(yè)第一百七十六頁(yè)，共239頁(yè)。 抗靜電添加劑之所以能防止(fngzh)油品靜電起電，其作用機(jī)理可從偶電層理論加以解釋。表5-2加Zn-Dips苯溶液偶電層厚度濃度，mol/l厚度,m10-52310-41510-311 由偶電層原理可

58、知，當(dāng)液體在管中流動(dòng)(lidng)時(shí)，液體和管壁的界面形成偶電層。電導(dǎo)率高的液體如水的擴(kuò)散層很薄。電導(dǎo)率低的液體如烴類(lèi)則擴(kuò)散層非常厚，擴(kuò)散到液體內(nèi)部的廣大范圍，引起電荷的分散。而當(dāng)烴類(lèi)中有離子性物質(zhì)時(shí)，其偶電層被迫而變薄，使其電荷的分離、分布都受到限制，液體流動(dòng)(lidng)所攜帶的電荷量也就大大減少。這就是抗靜電添加劑起作用的道理。 第176頁(yè)/共239頁(yè)第一百七十七頁(yè)，共239頁(yè)。過(guò)濾材料油品抗靜電劑含量油面最高電位KV油品電導(dǎo)率PS/m紙-玻璃纖維大慶2#航空煤油019.615紙-玻璃纖維大慶2#航空煤油0.1ppmT15014.650紙-玻璃纖維大慶2#航空煤油0.2ppmT15011

59、.2120紙-玻璃纖維大慶2#航空煤油0.4ppmT15010.5240紙-玻璃纖維大慶2#航空煤油1.0ppmT15010400國(guó)產(chǎn)(guchn)抗靜電劑效果表第177頁(yè)/共239頁(yè)第一百七十八頁(yè)，共239頁(yè)。第178頁(yè)/共239頁(yè)第一百七十九頁(yè)，共239頁(yè)。給油艙注油結(jié)束后，油面電位并非逐漸下降，而是由于沉降起電等原因，使油面電位有一個(gè)上升過(guò)程(guchng)，然后再下降。 第179頁(yè)/共239頁(yè)第一百八十頁(yè)，共239頁(yè)。 第180頁(yè)/共239頁(yè)第一百八十一頁(yè)，共239頁(yè)。 由此可知，若剛停泵就進(jìn)行采樣、檢尺等作業(yè)，正好在最高油面電位下工作，是很不安全的。因此應(yīng)規(guī)定在一定的靜置時(shí)間后方可進(jìn)

60、行作業(yè)。靜置時(shí)間的長(zhǎng)短與油品電導(dǎo)率和容積大小有關(guān)。電導(dǎo)率越小，容積越大，電荷消散(xiosn)所需時(shí)間越長(zhǎng)，靜置時(shí)間就相應(yīng)地長(zhǎng)一些。日本靜電安全指南提出的靜置時(shí)間參考標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)下表。第181頁(yè)/共239頁(yè)第一百八十二頁(yè)，共239頁(yè)。油品電導(dǎo)率油艙容積 m3油艙容積 m3油艙容積 m3油艙容積 m3S/m10以下10-5050-50005000以上10-8以上111210-8以下10-12以上23103010-12以下10-14以上456017010-14以下1015120240第182頁(yè)/共239頁(yè)第一百八十三頁(yè)，共239頁(yè)。第183頁(yè)/共239頁(yè)第一百八十四頁(yè)，共239頁(yè)。第184頁(yè)/共239頁(yè)