关于温度对闭气试验结果影响的初步探讨

黄凯锋?黄柳萍?吕金静?黄明伟?廖焕鑫

简要介绍目前国内给水管道闭气试验的使用情况，指出了现行给水管道闭气试验方法中，环境温度改变对试验结果造成的影响，并进行初步分析。

引言

混凝土排水管道闭气试验在国外已有应用，而在我国应用并未得到广泛应用。闭气试验有利于节约水资源、节约时间、缩短工期，解决冬季和寒冷地区及水资源缺乏地区施工管理的质量检验，应用此方法能在一小时内完成一条管道（两管井之间）的质量检测。和闭水试验相比，效率提高四十多倍，成本仅为闭水实验费用的9%，且操作简单，设备简单，检验结果准确。

目前，国家对钢筋混凝土无压管道闭气检验规定标准闭气时间为：管道DN300，规定标准时间145〃s；管道DN400，规定标准时间230〃s。本实验小组就是在这样的社会背景下进行此次闭气实验研究，考虑到在实验室实验的可行性，本次改用两根四米长的钢管进行实验，实验检验标准以混凝土管道闭气实验检验标准作为参考，并进行修正。

实验操作：

1.在室内温度T=30℃的条件下，往钢管中充气加压，至压力表数值为0.1MPa，静置一小时。每隔10min记录一组数据，记录十组，观察压力表数值变化的规律；

2.在步骤1相同的条件下，往钢管中充气加压，至压力表数值分别达到0.1MPa、0.08MPa、0.06MPa、0.04MPa、0.03MPa，搬至室外，在室外T=39℃的条件下静置一小时。每隔5min记录一组数据，观察不同起始压力下的压力数值的变化，并分析温度的变化是否对试验结果造成影响，有何影响；

数据处理及分析：

1.温度T=30℃下的钢管每10min漏气量的折线图：

从折线图中可以看出，前30min压力数值下降较快，说明管道内压力较高时，钢管的漏气速率较快；后30min压力数值的变化速率减小，说明随着压力降低，钢管漏气速率逐渐下降。

从微观角度来说，在管道中，气体分子碰撞管道内壁产生冲击力，形成了气体压力。由分子动理论可知：压力越大气体分子密集程度就越高。在同样大小的管道内，分子数目越多，压力数值越大，则在相同的漏点和相同的时间内，通过漏点流出的气体分子数越多，压力数值下降的速率也就越快；反之亦然。

2.相同起始压力下，T=30℃和T=39℃下的钢管每10min压力值的折线图：

由上图可得：相同的起始压力P=0.1Mpa条件下，T=30℃条件下压力值随时间变化逐渐减小，而温度T=39℃条件下压力值随时间变化逐渐增大。在其它条件相同的前提下可以得出，两者差异是温差这一变量所造成的。现在以温度T=30℃下压力值为参考系，作出两温度下的压力差曲线图。

以T=30℃下的分子运动作为参考系，不考虑该温度下温度对分子运动的影响，则T=30℃下的漏气量仅由钢管自身漏点造成；而T=39℃时所增加的压力值，则是漏点以及温度变化两者共同影响的结果。管道自身漏点造成钢管的压力值减小，但实验结果表明，管道一小时后的压力值比初始值大。这说明：外界环境温度升高导致管道压力值增大，且由于外界环境温度变化而增大的压力值要大于由于管道自身漏点而减小的压力值。

3.在室内温度T=35℃条件下将钢管充气至压力P=0.1Mpa，然后搬至室外温度T=39℃条件下静置60min，再将此时管内的气压放气降压至压力P=0.1Mpa，然后搬至室内（温度T=30℃）静置60min，得出的曲线图如下：

根据曲线图可以看出：在35℃升温至39℃的过程中，在0min～25min内，钢管内的气体压力不断增大。

同理，由分子动理论可知，温度越高，分子运动越剧烈；分子运动越剧烈，气体压力越大。故T=39℃下的分子比T=35℃的分子运动更剧烈，压力表数值上升。

在25min～60min内，气体压力稳定不变，分子运动达到一个饱和的稳定状态，此时分子处在恒定温度t=39℃下。随着时间的推移，分子逐渐进入恒温状态。在60min后，将钢管由原来的39℃室外环境搬至35℃室内环境接着静置60min。在60min～65min内，由于温度骤降，分子运动速率明显下降，压力值明显降低；在65min～115min内，压力值逐渐下降，但是下降速率比60min～65min的下降速率慢。

纵向对比，0min～60min的任意时间段所升高的气体压力，60min～115min对应的时间段内的所降低的压力数值并不一一对应，比如0～10min内的升高的气体压力为0.007Mpa，而60min～70min内降低的气体压力为0.005Mpa。故该过程为不可逆过程，外界环境的影响不可忽略不计。

综上所述，在实际工程中运用闭气试验检验管道是否合格时，不可忽视外界环境温度的改变，必须消除环境温度变化对试验结果造成的影响，避免由于温度变化导致试验结果产生误差，影响工程正常施工。

（作者单位：广东工业大学）