高频脉冲电场下乳状液中液滴运动行为研究

本文采用光学显微镜和CCD摄像机结合CG400 Performance Versionl．0采集卡，对在脉冲电场作用下用模拟油配置的W／O型中乳状液液滴的运动行为进行了观察研究。由实验结果可以看出：电压较小时，液滴的变形程度很小，电压越大，液滴的变形越大；脉冲电场有振动作用及剪切作用：液滴被电场偶极极化而沿电场强度的方向排列成链。     

高频脉冲电场作用下液滴行为特性研究

电化学破乳是一项重要的原油脱水技术。目前对高频脉冲电场作用下分散相液滴行为的了解十分有限。结合数字图像处理技术,通过试验研究高频脉冲电破乳机理。结果表明:在高频脉冲电场作用下,分散相液滴存在变形、破裂、碰撞、聚合、分离等行为,其表观特征与高压直流电场作用下液滴行为相似;电源脉冲频率及电场强度对液滴行为有着显著的影响;相对于高压直流电场,高频脉冲电场破乳技术具有显著优势。     

混沌脉宽调制电场激励油中液滴振动动力学特性分析

常用的恒定脉冲电场进行破乳脱水处理过程中,由于乳化油中液滴粒径的动态变化导致了电场最佳破乳频率的不确定,使得电场破乳效果受到了影响,进而提出了运用混沌脉宽调制电场实现乳化油高效破乳处理。以油中单液滴为研究对象,建立了液滴混沌脉宽调制电场振动动力学模型,数值分析了液滴的振动特性。结果表明：电场频率对液滴振动产生了直接影响,当施加的电场频率等于或接近液滴共振频率时,液滴发生共振;当电场频率小于液滴共振频率一半时,液滴振动频率高于电场频率;反之,液滴振动频率与电场频率一致。此外,不同粒径的液滴在混沌脉宽调制电场中的振动响应均存在滞后现象,粒径越大,其响应滞后越明显,混沌振动程度也会随之降低。     

脉冲电场下液滴极化变形的数值模拟

为深入探究脉冲电场下的电脱水机制,基于COMSOL技术,采用电场和流场耦合的相场方法,建立了在脉冲电场下油包水乳状液液滴极化变形的二维模型,研究了液滴极化变形的影响规律。研究结果表明:随着电场强度的增加,液滴振荡变形的幅值增大,液滴变形度曲线上升沿的过冲现象逐渐减弱,下降沿的过冲现象逐渐增强;随着液滴界面张力的减小,液滴抵抗电场极化变形的能力大幅降低,其极化变形程度以及随脉冲电场的振荡幅度显著增大;随着电场频率增加,乳状液容性负载变化,液滴受到的偶极聚结力小幅增大,极化变形程度提高,液滴变形周期缩短;随着液滴粒径的增大,施加于液滴两端的电场力增大,液滴内外压差减小,液滴的变形度及振荡幅度增大。研究结果可为脉冲电场静电破乳机理的深入研究提供理论依据。     

高强电场中液滴静电运动特性

针对油田生产中含表面活性剂原油电脱水极为困难,缺乏理论指导的现状,采用动态微观实验的方法,研究含表面活性剂的油水系统中液滴在电场力作用下聚并排液的情况,计算液滴的聚结时间,并观测液滴发生形变直至破裂时各个阶段的现象。结果表明,表面活性剂可引起液滴界面排斥力上升,聚并过程中液面出现形变,降低液滴聚结速度。此外,液滴表面所吸附的表面活性剂分子会加剧液滴形变率,降低液滴破裂所需临界场强,并改变液滴破裂机制,增加了次级微小液滴的产生。须严格控制电场强度,以避免液滴变形破裂,提高聚结效率,确保电脱水的效果。     

脉冲电破乳中液滴变形的研究

通过显微镜研究液滴的变形。能够观察到液滴在脉冲电场作用下有一个变形和收缩的过程。根据建立的液滴变形度变化方程，从理论上分析了液滴的变形度随脉冲休止时间而变化，从而说明适当地选择占空比能够很好地控制液滴的变形，既能保证短路现象的发生，又能有效提高破乳效率。     

电场破乳分散相液滴内外流场静压差研究

通过室内实验,结合相应的流体理论及图像处理方法研究了乳化液分散相液滴内外流场压差随电场强度变化的规律,开发了一种新颖、可靠的压差测量方法,对电场作用下各形态液滴压差的变化进行了定量的基础研究.液滴在低电场强度作用下(E＜1.2 kV/cm)变形度较小(o＜5％),并随电场强度缓慢增长;随着电场强度进一步升高,液滴变形度大幅度升高,在1.7 kV/cm的电场强度下达到20％以上;变形度曲线的斜率变化则体现为液滴变形程度的增长速度随电场强度的提高而显著加快.液滴内外流场静压差作为控制液滴形态的三种平衡力系之一,其数据的精度将显著影响对液滴行为分析的准确性.     

混沌脉冲组电场作用下油中液滴的聚结特性

混沌脉冲组(CPG)电场可用于乳化液破乳,但是乳化液滴在油中的聚结特性尚不清楚。通过数值方法研究了油中液滴在混沌脉冲组电场中的聚结特性以及电场参数对液滴聚结过程的影响。结果表明：CPG电场作用下液滴聚结过程可分为6个阶段,各阶段的呈现与电场作用时间和电场休止时间相关,其中第Ⅲ阶段的持续时间对聚结时间影响较大;占空比影响液滴聚结过程的状态以及聚结时间;电场强度的增加对液滴聚结状态无显著影响,但明显缩短聚结时间,当电场强度从500 kV/m增加到700 kV/m,液滴聚结时间从0.400 s减小到0.152 s。研究液滴在CPG电场中的聚结特性能够为CPG电场在工业中的应用提供理论依据。     

电场破乳分散相液滴形变力学初探

从微观角度对电场中乳化液的极化液滴进行受力分析,并对其形变进行了深入的研究,给出了电场力与液滴大小、表面张力及变形形态之间的数学关系式,分析了影响液滴变形的各种因素,建立了相关数学模型,通过数值求解模拟液滴在拉伸电场作用下的变形形态,与实际液滴变形及现有的椭球形模型进行对比和相应的理论分析,较好地解释了液滴尖端变形现象。     

混沌频率电场激励乳化油液滴动力学仿真与响应

运用混沌脉冲调制方法构建混沌频率脉冲电场,建立乳化油液滴在混沌频率电场中的振动动力学仿真模型,通过数值计算,得到油中液滴在混沌频率脉冲电场作用下的振动动力学响应,并对响应输出进行了相轨图分析和最大Lyapunov指数计算.结果发现,混沌频率脉冲电场存在最佳脉宽,激励液滴剧烈振动;液滴在高频段获得较大拉伸变形量,在低频段...     

海洋油田原油乳化液高频/高压交流电脱水实验

采用自行设计的矩形波高频/高压脉冲交流电源和静电聚结器,以取自海洋油田原油配制的含水率分别为5%和20%的2种W/O型原油乳化液为研究对象,对原油乳化液进行了高频/高压静态电脱水实验,与工频/高压交流电源的脱水效果作对比,并测量了乳化液在施加电场前后的电导率。结果表明,相比工频交流电场,高频/高压脉冲交流电场对原油乳化液具有更好的破乳脱水效果;W/O型原油乳化液最佳脱水频率范围在1400~1500 Hz;高频/高压脉冲电场对W/O型乳化液的电导率参比值有明显影响,乳化液在电场作用后的电导率明显高于施加电场前的电导率,同时电导率参比值随电场强度和频率的变化也会发生变化,因此也可以作为评价原油乳化液脱水效果的指标。     

Coalescence behavior of two water drops in viscous oil under an AC electric field

Electric coalescence in alternating current (AC) electric field is one of the important electrical dehydrate technologies. In this study, the coalescence behavior of two water drops in an AC electric field was studied experimentally using a high-speed camera. There is a critical electric field strength above which the two drops would not coalescence. Such coalescence behavior was supposed to be depended on the electric field strength and the frequency. Lower electric field strength, lower frequency and smaller size would facilitate the coalescence of drops. The understanding of the electric coalescence could be helpful to advance the design of the electrocoalescencers.     

自激振荡喷嘴外流场实验研究

对自激振荡喷嘴外流场进行了实验研究。研究表明,能够保证气、液两相在腔体内产生轴对称涡旋的腔体结构是产生激振的先决条件,喷嘴结构参数的不同会影响自激振荡喷嘴的雾化效果及喷雾场的速度分布。     

An investigation into the deformation, movement and coalescence characteristics of water-in-oil droplets in an AC electric field

Drop-drop coalescence is important in electric dehydrators used for oil-water separation in the oil industry.The deformation degree,angle between the electric field and the center line of two drops,effects of intensities and frequencies of the electric field have been studied by analyzing droplet images.However,seldom have people investigated the movement and the relative velocity in the process of dropdrop coalescence.In this paper forces acting on a single droplet and horizontal water droplets in an AC electric field were analyzed,and experiments were carried out to investigate the deformation,movement and coalescence characteristics of droplets with white oil and water.With a micro high-speed camera system and image processing technology,the droplet images were collected and analyzed.The results indicate that the deformation is mainly affected by the electric field intensity,frequency,droplet diameter and the oil viscosity.High field strength and large diameter facilitate deformation of drops in the electric field.The effect of frequency and oil viscosity is not obvious.Higher frequency and higher oil viscosity will lead to smaller oscillation amplitude.The effect of electric field intensity and droplet diameter on oscillation amplitude is not obvious.When the center-to-center distance between droplets is large,the forces acting on droplets in the horizontal direction are mainly dipole-dipole attraction and drag forces.There is also the film-thinning force when droplets get closer.The forces are simplified and derived.Based on force analysis and Newton’s second law,the relative movement is analyzed in different parts,and the relationship of center-to-center distance and time is in accordance with an explinear function at different stages.According to experimental data,the movement of 145 μm double droplets before coalescence can be fitted well with an explinear function at two stages.In addition,the whole movement process is investigated and can be estimated with a fourth order polynomial curve,from which the relative velocity of droplet movement can also be obtained.With an increases in electric field intensity and droplet diameter and a decrease in oil viscosity,the relative velocity increases.Only when the oil-water interfacial tension is obviously high,can it influence the relative movement significantly.The coalescence is mainly dipole coalescence and chain coalescence under influence of the AC electric field.     

油水乳状液在电场作用下的力学计算

乳状液是一种复杂的液-液复杂分散体系,其分散程度与体相及界面层的流变性质密切相关。根据W/O乳状液液滴模型,分析了油水乳状液在电场作用下相关力学行为及其势能分布。分别应用Poisson-Boltzmann方程与Poisson-Smoluchowski方程揭示了阻止液滴絮凝的势垒关系,解析了乳状液的界面张力、分散相界面电势与电荷密度的关系、双电层势、分散相液滴之间的感应势等影响乳状液稳定性的因素,对于应用电方法进行破乳作业具有较重要的指导作用。     

脉冲电场下W/O乳状液中水滴聚并行为的可视化研究

采用显微实验方法,全面考察高频高压脉冲电场下W/O乳状液中水滴的聚并行为。结果表明,实验范围内,随着脉冲电场强度、占空比和频率的增加,W/O乳状液中的水滴相互靠近的速率相应增大;当聚并时刻比超过0.8,水滴的靠近速率迅速增加。在脉冲电场中,W/O乳状液中的水滴融合时间与电场参数间并无直接关系,而与油-水界面张力紧密相关;油-水界面张力越大,水滴融合速率越快。静电脱水过程中,施加于W/O乳状液的电场强度应小于过度极化临界电场强度,否则将显著降低乳状液破乳脱水效果。上述研究成果为高压高频脉冲静电破乳机理的深入探讨奠定了基础。     

煤焦油在电场中的脱水动力学研究

对陕北神木中温热解煤焦油在电场中的脱水动力学进行了研究,得到了煤焦油在电场中脱水的一般规律。通过在电场中加入破乳剂,以von Smoluchowski提出的快速聚集理论为基础,建立了动力学模型,考察了外加电场的电场强度、内部水滴直径、乳化液中水相含量、脱水温度及乳状液黏度对脱水速率的影响;用Matlab软件拟合出各动力学参数,得出模型参数C1=1.35×10-3,C2=6.02×10-5。用实测数据对模型的可靠性进行了验证,模型验证显示相对误差可控制在3%左右,表明此模型对煤焦油在电场中的脱水速率具有很好的预测性,为破乳剂评价和工业化应用提供了可靠依据,具有很好的实用价值。     

新型静电聚结器中水滴粒径的分布特性

传统电脱水器采用裸电极,乳化液含水率较高时高强电场作用下容易发生击穿现象,设计了包覆绝缘层的高压电极并加工了新型静电聚结器,采用水/原油乳状液为实验介质,并利用显微高速摄像系统结合图像处理技术,考察了电场强度,乳化液流量、含水率对液滴滴粒径分布特性的影响。结果表明,现场与室内实验的液滴粒径分布与Rosin-Rammler分布均吻合较好;包覆绝缘层的高压电极可有效防止电击穿现象的发生;增加电场强度有助于油、水分离,但高于临界电场强度后,容易导致液滴破碎,并且含水率越高,最优电场强度越低;随着乳化液流量的增加,电场作用降低,但高强电场在高流量下依然使液滴粒径明显增大。