科技情报开发与经济 SCI/TECHINFORMATIONDEVELOPMENT&ECONOMY 2002年 第12卷 第1期 文章编号:1005-6033(2002)01-0118-02
收稿日期:2002-09-30
密闭容器中粉尘爆炸发展的影响因素分析
高存文1,王晶禹2
(1.太原高新技术开发区管委会,山西太原,030006;2.华北工学院,山西太原,030051)
摘 要:通过对大量实验及文献数据的分析和探讨,总结出密闭容器中粉尘爆炸发展的诸多影响因素,主要包括粉尘浓度、初始压力、氧含量、容器形态以及湍流度等,并得出相应的结论。
关键词:粉尘爆炸;密闭容器;粉尘浓度;初始压力;氧含量;湍流度中图分类号:TB44 文献标识码:A
随着粉尘爆炸事故在现代工业生产中的日益增多,引起各国研究人员的高度重视。为了防止粉尘爆炸灾害,首先应了解粉尘爆炸发展趋势,其中包括粉尘爆炸的激烈程度及其发展状态。与控制气体爆炸不同,因为点火源无法排除且周围环境的氧浓度很难降低到不能助燃的程度,要想使粉尘浓度控制在爆炸下限以下是较难办到的。但是,根据粉尘爆炸发展程度的不同而采取相应的措施却是可能的。如难以避免在装置及管道内产生粉尘爆炸时,为了防止灾害的扩大化,可设计适当的爆炸压力泄放装置。所以最大爆炸压力和最大压力上升速率这两个参数已作为工业部门制定粉尘爆炸抑制和防护措施的主要依据。
最大爆炸压力及压力上升速率与粉尘爆炸的其它特性一样,除粉尘云本身特性以外还会受到粉尘浓度、初始压力、初始温度、氧含量、容器形状以及湍流度等诸多因素的影响。
与感度都增大。如图5所示,最大爆炸压力与压力上升速率都随氧浓度的减小而降低,
粉尘可爆浓度范围也变窄。
图3 初始压力对(dp/dt)max的影响 图4 初始压力对Pmax的影响1.4 湍流度的影响
湍流实质上是流体内部许多小的流体单元在三维空间不规则地运动所形成许多小涡流的流动状态。有以下3种情况,一是初始湍流,是在粉尘云开始点燃时流体的流动状态;二是如果粉尘发生爆燃,周围的气体就会膨胀,加剧了未燃粉尘云的扰动,从而使湍流度增大;三是粉尘云在设备中流动,由于设备有各种形态,也会增加粉尘云的湍流度。如果湍流度增大,粉尘中已燃和未燃部分的接触面积增大,从而加大了反应速度和最大压力上升速率。从图6
可明显看出此种趋势。
1 实验及分析
1.1 粉尘浓度的影响
图1和图2分别综合了煤粉在不同容器中,粉尘浓度对最大爆炸压力和压力上升速率的影响。如图所示,粉尘爆炸最大压力和压力上升速率随粉尘浓度增大到某一最大值后,又随粉尘浓度的增大而降低。当粉尘以层状存在时,将沉积粉尘的质量除以包围体的有效容积,可估算出形成粉尘
云时的粉尘浓度。
图5 氧含量对(dp/dt)max的影响 图6 湍流对压力上升速率的影响1.5 包围体形状和尺寸的影响
在密闭容器中粉尘爆炸的最大压力Pm,若忽略容器的热损失,与容器尺寸与形状无关,而只与反应终了状态有关,由公式(1)可看出,式中并不
图1 (dp/dt)max与粉尘浓度的关系 图2 Pmax与粉尘浓度的关系1.2 初始压力的影响
nfTf
由初、终态状态关系式可以看出:Pm=Pi(1)
niTi
最大爆炸压力Pm与初始压力Pi成正比,实测结果也与上式相符,如图3和图4所示(烟煤和褐煤粉尘云的初始压力对最大压力和压力上升速率的影响),粉尘云的初始压力增大将使最大爆炸压力和压力上升速率大致与之成正比增长。1.3 氧含量的影响
空气中氧含量的影响,粉尘云气相中氧浓度的增加,会使爆炸的猛度
包括容器尺寸和形状项。但容器尺寸和形状对压力上升速率有很大影响,这可从球形密闭容器中等温爆炸模型看出:
2/3
dp3aKPP=(Pm-P0)1/3(1-)2/3PdtaP0P
(2)
在实测中,密闭容器爆炸压力上升速率与容器的表面积与体积比(S/V)成正比。对球形容器,S/V=3/a,其中a为容器半径。图7为5种不同S/V值容器中实测的压力上升速率。容器尺寸和形状对达到最大压力的时间tm也有较大影响。S/V越大,达到最大压力的时间越短。1.6 初始温度的影响
-MuTb将状态方程:Pm=PiPi
MbTu
(3)
第一作者简介:高存文,男,1968年12月生,山西省代县人,1990年毕业于太原机械学院,工程师,太原高新技术开发区管委会,山西省太原市,030006.
科技情报开发与经济 SCI/TECHINFORMATIONDEVELOPMENT&ECONOMY 2002年 第12卷 第1期-TaKrsTb-MuMdpub
)m=(dtVTuMbMbTu-1)Pi
从(3)、(4)两式可以看出,初始代入(2)式得到 (
温度Ti≈Tu对最大压力和压力上升速率影响不大,而主要受燃烧温度Tb的影响。
(2)粉尘云的初始压力增大,将使最大爆炸压力和压力上升速率大致与之成正比增长。
(3)粉尘最大爆炸压力与压力上升速率都随氧浓度的减小而降低。(4)粉尘爆炸体系中湍流度增大,其最大压力上升速率增大。
(5)容器尺寸和形状对压力上升速率有很大影响。密闭容器中爆炸压力上升速率与容器的表面积与体积比(S/V)成正比。
参考文献
图7 容器形状对(dp/dt)max的影响
[1] 王旭等.工业防爆实用技术手册[M].辽宁:辽宁科技出版社,1997[2] 赵衡阳.气体和粉尘爆炸原理[M].北京:北京理工大学出版社,1996
(1)粉尘爆炸最大压力和压力上升速率随粉尘浓度的增加,增大到某一最大值后,又随粉尘浓度的增大而降低。
[3] 胡双启,张景林.燃烧与爆炸[M].北京:兵器工业出版社,1992[4] 张国顺.爆炸危险性及其评估[M].北京:群众出版社,1998
(
4)
2 结论
AnalysisonImpactingFactorsofDustExplosionDevelopmentinClosedContainer
GAOCun-wen,WANGJing-yu
ABSTRACT:Throughanalyzingandexploringalargenumberoftestsandliteraturedata,thispapersumsupseveralimpactingfactorsofdustexplosiondevelopmentinclosedcontainerincludingmainlydustdensity,initialpressure,oxygencontent,containershape,turbulent,etc.anddrawscorrespondingconclusions.
KEYWORDS:dustexplosion;closedcontainer;dustdensity;initialpressure;oxygencontent;turbulent
文章编号:1005-6033(2002)01-0119-01
收稿日期:2001-10-18
框架结构房屋外墙体渗漏的原因及预防措施
薛巧玲
摘 要:房屋渗漏现象是建筑工程中主要的质量通病之一,也是多年来困扰建筑行业的技术难题。文章分析了框架结构房屋外墙体渗漏的特点和原因,并提出了一些预防措施。
关键词:框架结构;外墙渗漏;预防措施中图分类号:TU745.5 文献标识码:A
1 外墙渗水的特点
外墙渗水现象一般在竣工后一年左右开始出现,并随着时间的推移而愈发严重。特别是在南方地区,暴雨过后,外墙面会出现一片片湿印迹,使外墙饰面砖剥落,室内墙体涂料发霉,地面木地板浸水,严重地影响了建筑物的使用功能。其位置主要出现在外填充墙与楼面框架梁、柱交接处,内墙两端,窗框与墙砌体连结处及外山墙处。其特点是在建筑物的两端开间较重,中间较轻;向阳面较重,背阳面较轻。尤其在高层建筑及多层建筑的顶层,渗漏现象最为严重。
的结构为无裂缝结构。由此可见,结构有裂缝是绝对的,无裂缝则是相对的。我国现行《混凝土结构设计规范》中规定允许构件出现0.2mm～0.3mm的裂缝。由于框架结构建筑物外围护墙是由钢筋混凝土与砖砌体组成的复合材料结构,两种材料的极限应变和线膨胀系数都不同,所以,墙体存在裂缝也就更加不可避免。由于水分子的直径只有0.3×10-6mm,足以穿过肉眼不可见裂缝。所以,即使墙体看不到任何裂缝,我们也常常发现墙体会出现渗漏现象。
2.2 温度裂缝所造成的渗漏
据有关资料记载,结构物裂缝中,由温度变化引起的约占80%以上。在建筑物顶层,屋面长期受阳光辐射,尤其在盛夏,通常屋面温度要高出墙体温度2倍以上。由于在相同温度条件下,钢筋混凝土的线膨胀系数为10×10-6/℃,是砖砌体线膨胀系数5×10-6/℃的两倍,当屋面受热膨胀,其变形受到墙体的约束时,屋面框架梁对墙体顶端产生水平推力,使墙体与框架梁的接触面受剪而产生裂缝。当屋面保温、隔热性能较差,建筑物平面尺寸较大时,这种温度变形会更为严重。2.3 施工粗糙、设计简单造成渗漏
(1)由于框架结构的梁、柱混凝土先浇筑,而围护结构的填充墙则后砌,一般情况下,墙顶用斜砖撑砌,斜角缝中砂浆不足,砖(下转第122页)
2 外墙渗水的原因
2.1 微观裂缝所造成的渗漏
近代科学关于建筑材料强度的研究及大量工程实践都证明,微裂缝的存在是材料本身固有的一种物理性质,在尚未受荷的结构材料中就存在肉眼不可见的微观裂缝,由于宽度小于0.05mm的裂缝对建筑物的使用无危险性,所以,在一般的工业与民用建筑中,通常假定具有小于0.05mm裂缝
第一作者简介:薛巧玲,女,1961年11月生,山西省太原市人,1983年毕业于太原理工大学土木系工民建专业,工程师,广东群星房地产开发有限公司,广东省广州市鹭江西街103号,510300.
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科技情报开发与经济 SCI/TECHINFORMATIONDEVELOPMENT&ECONOMY 2002年 第12卷 第1期 文章编号:1005-6033(2002)01-0118-02
收稿日期:2002-09-30
密闭容器中粉尘爆炸发展的影响因素分析
高存文1,王晶禹2
(1.太原高新技术开发区管委会,山西太原,030006;2.华北工学院,山西太原,030051)
摘 要:通过对大量实验及文献数据的分析和探讨,总结出密闭容器中粉尘爆炸发展的诸多影响因素,主要包括粉尘浓度、初始压力、氧含量、容器形态以及湍流度等,并得出相应的结论。
关键词:粉尘爆炸;密闭容器;粉尘浓度;初始压力;氧含量;湍流度中图分类号:TB44 文献标识码:A
随着粉尘爆炸事故在现代工业生产中的日益增多,引起各国研究人员的高度重视。为了防止粉尘爆炸灾害,首先应了解粉尘爆炸发展趋势,其中包括粉尘爆炸的激烈程度及其发展状态。与控制气体爆炸不同,因为点火源无法排除且周围环境的氧浓度很难降低到不能助燃的程度,要想使粉尘浓度控制在爆炸下限以下是较难办到的。但是,根据粉尘爆炸发展程度的不同而采取相应的措施却是可能的。如难以避免在装置及管道内产生粉尘爆炸时,为了防止灾害的扩大化,可设计适当的爆炸压力泄放装置。所以最大爆炸压力和最大压力上升速率这两个参数已作为工业部门制定粉尘爆炸抑制和防护措施的主要依据。
最大爆炸压力及压力上升速率与粉尘爆炸的其它特性一样,除粉尘云本身特性以外还会受到粉尘浓度、初始压力、初始温度、氧含量、容器形状以及湍流度等诸多因素的影响。
与感度都增大。如图5所示,最大爆炸压力与压力上升速率都随氧浓度的减小而降低,
粉尘可爆浓度范围也变窄。
图3 初始压力对(dp/dt)max的影响 图4 初始压力对Pmax的影响1.4 湍流度的影响
湍流实质上是流体内部许多小的流体单元在三维空间不规则地运动所形成许多小涡流的流动状态。有以下3种情况,一是初始湍流,是在粉尘云开始点燃时流体的流动状态;二是如果粉尘发生爆燃,周围的气体就会膨胀,加剧了未燃粉尘云的扰动,从而使湍流度增大;三是粉尘云在设备中流动,由于设备有各种形态,也会增加粉尘云的湍流度。如果湍流度增大,粉尘中已燃和未燃部分的接触面积增大,从而加大了反应速度和最大压力上升速率。从图6
可明显看出此种趋势。
1 实验及分析
1.1 粉尘浓度的影响
图1和图2分别综合了煤粉在不同容器中,粉尘浓度对最大爆炸压力和压力上升速率的影响。如图所示,粉尘爆炸最大压力和压力上升速率随粉尘浓度增大到某一最大值后,又随粉尘浓度的增大而降低。当粉尘以层状存在时,将沉积粉尘的质量除以包围体的有效容积,可估算出形成粉尘
云时的粉尘浓度。
图5 氧含量对(dp/dt)max的影响 图6 湍流对压力上升速率的影响1.5 包围体形状和尺寸的影响
在密闭容器中粉尘爆炸的最大压力Pm,若忽略容器的热损失,与容器尺寸与形状无关,而只与反应终了状态有关,由公式(1)可看出,式中并不
图1 (dp/dt)max与粉尘浓度的关系 图2 Pmax与粉尘浓度的关系1.2 初始压力的影响
nfTf
由初、终态状态关系式可以看出:Pm=Pi(1)
niTi
最大爆炸压力Pm与初始压力Pi成正比,实测结果也与上式相符,如图3和图4所示(烟煤和褐煤粉尘云的初始压力对最大压力和压力上升速率的影响),粉尘云的初始压力增大将使最大爆炸压力和压力上升速率大致与之成正比增长。1.3 氧含量的影响
空气中氧含量的影响,粉尘云气相中氧浓度的增加,会使爆炸的猛度
包括容器尺寸和形状项。但容器尺寸和形状对压力上升速率有很大影响,这可从球形密闭容器中等温爆炸模型看出:
2/3
dp3aKPP=(Pm-P0)1/3(1-)2/3PdtaP0P
(2)
在实测中,密闭容器爆炸压力上升速率与容器的表面积与体积比(S/V)成正比。对球形容器,S/V=3/a,其中a为容器半径。图7为5种不同S/V值容器中实测的压力上升速率。容器尺寸和形状对达到最大压力的时间tm也有较大影响。S/V越大,达到最大压力的时间越短。1.6 初始温度的影响
-MuTb将状态方程:Pm=PiPi
MbTu
(3)
第一作者简介:高存文,男,1968年12月生,山西省代县人,1990年毕业于太原机械学院,工程师,太原高新技术开发区管委会,山西省太原市,030006.
科技情报开发与经济 SCI/TECHINFORMATIONDEVELOPMENT&ECONOMY 2002年 第12卷 第1期-TaKrsTb-MuMdpub
)m=(dtVTuMbMbTu-1)Pi
从(3)、(4)两式可以看出,初始代入(2)式得到 (
温度Ti≈Tu对最大压力和压力上升速率影响不大,而主要受燃烧温度Tb的影响。
(2)粉尘云的初始压力增大,将使最大爆炸压力和压力上升速率大致与之成正比增长。
(3)粉尘最大爆炸压力与压力上升速率都随氧浓度的减小而降低。(4)粉尘爆炸体系中湍流度增大,其最大压力上升速率增大。
(5)容器尺寸和形状对压力上升速率有很大影响。密闭容器中爆炸压力上升速率与容器的表面积与体积比(S/V)成正比。
参考文献
图7 容器形状对(dp/dt)max的影响
[1] 王旭等.工业防爆实用技术手册[M].辽宁:辽宁科技出版社,1997[2] 赵衡阳.气体和粉尘爆炸原理[M].北京:北京理工大学出版社,1996
(1)粉尘爆炸最大压力和压力上升速率随粉尘浓度的增加,增大到某一最大值后,又随粉尘浓度的增大而降低。
[3] 胡双启,张景林.燃烧与爆炸[M].北京:兵器工业出版社,1992[4] 张国顺.爆炸危险性及其评估[M].北京:群众出版社,1998
(
4)
2 结论
AnalysisonImpactingFactorsofDustExplosionDevelopmentinClosedContainer
GAOCun-wen,WANGJing-yu
ABSTRACT:Throughanalyzingandexploringalargenumberoftestsandliteraturedata,thispapersumsupseveralimpactingfactorsofdustexplosiondevelopmentinclosedcontainerincludingmainlydustdensity,initialpressure,oxygencontent,containershape,turbulent,etc.anddrawscorrespondingconclusions.
KEYWORDS:dustexplosion;closedcontainer;dustdensity;initialpressure;oxygencontent;turbulent
文章编号:1005-6033(2002)01-0119-01
收稿日期:2001-10-18
框架结构房屋外墙体渗漏的原因及预防措施
薛巧玲
摘 要:房屋渗漏现象是建筑工程中主要的质量通病之一,也是多年来困扰建筑行业的技术难题。文章分析了框架结构房屋外墙体渗漏的特点和原因,并提出了一些预防措施。
关键词:框架结构;外墙渗漏;预防措施中图分类号:TU745.5 文献标识码:A
1 外墙渗水的特点
外墙渗水现象一般在竣工后一年左右开始出现,并随着时间的推移而愈发严重。特别是在南方地区,暴雨过后,外墙面会出现一片片湿印迹,使外墙饰面砖剥落,室内墙体涂料发霉,地面木地板浸水,严重地影响了建筑物的使用功能。其位置主要出现在外填充墙与楼面框架梁、柱交接处,内墙两端,窗框与墙砌体连结处及外山墙处。其特点是在建筑物的两端开间较重,中间较轻;向阳面较重,背阳面较轻。尤其在高层建筑及多层建筑的顶层,渗漏现象最为严重。
的结构为无裂缝结构。由此可见,结构有裂缝是绝对的,无裂缝则是相对的。我国现行《混凝土结构设计规范》中规定允许构件出现0.2mm～0.3mm的裂缝。由于框架结构建筑物外围护墙是由钢筋混凝土与砖砌体组成的复合材料结构,两种材料的极限应变和线膨胀系数都不同,所以,墙体存在裂缝也就更加不可避免。由于水分子的直径只有0.3×10-6mm,足以穿过肉眼不可见裂缝。所以,即使墙体看不到任何裂缝,我们也常常发现墙体会出现渗漏现象。
2.2 温度裂缝所造成的渗漏
据有关资料记载,结构物裂缝中,由温度变化引起的约占80%以上。在建筑物顶层,屋面长期受阳光辐射,尤其在盛夏,通常屋面温度要高出墙体温度2倍以上。由于在相同温度条件下,钢筋混凝土的线膨胀系数为10×10-6/℃,是砖砌体线膨胀系数5×10-6/℃的两倍,当屋面受热膨胀,其变形受到墙体的约束时,屋面框架梁对墙体顶端产生水平推力,使墙体与框架梁的接触面受剪而产生裂缝。当屋面保温、隔热性能较差,建筑物平面尺寸较大时,这种温度变形会更为严重。2.3 施工粗糙、设计简单造成渗漏
(1)由于框架结构的梁、柱混凝土先浇筑,而围护结构的填充墙则后砌,一般情况下,墙顶用斜砖撑砌,斜角缝中砂浆不足,砖(下转第122页)
2 外墙渗水的原因
2.1 微观裂缝所造成的渗漏
近代科学关于建筑材料强度的研究及大量工程实践都证明,微裂缝的存在是材料本身固有的一种物理性质,在尚未受荷的结构材料中就存在肉眼不可见的微观裂缝,由于宽度小于0.05mm的裂缝对建筑物的使用无危险性,所以,在一般的工业与民用建筑中,通常假定具有小于0.05mm裂缝
第一作者简介:薛巧玲,女,1961年11月生,山西省太原市人,1983年毕业于太原理工大学土木系工民建专业,工程师,广东群星房地产开发有限公司,广东省广州市鹭江西街103号,510300.
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