正弦交流电场中水滴变形破裂聚结微观特性研究

摘要

静电聚结具有提高分离效率、减小占地面积、降低能耗等优点,为高含水原油以及海上生产平台脱水过程中出现的问题提供了良好的解决方案。然而,由于静电聚结影响因素多而复杂,其中诸多规律仍需进一步研究。本文利用50～400Hz的正弦交流电场对单液滴在电场中的变形、运动、破裂特性以及双液滴在电场中的聚结特性进行了实验研究,结合理论深入分析电场强度及频率、油品粘度、界面张力以及液滴直径等因素对液滴在电场中伸缩变形、破裂以及聚结特性的影响规律,得出如下主要结论:
　　 (1)在研究所涉及的各参数范围内频率越大、油品粘度越高、界面张力越低,其在交流电场中的伸缩变形幅度越小；椭球液滴的离心率和电场强度的N(1.7　　 (2)液滴只有在临界电场附近才会发生微液滴喷射现象,电场过高,液滴将会发生炸裂；液滴在电场中的起始喷射角度约为38±2°；随频率增加、油品粘度升高子液滴将会变得更小、分布更密集且分布角度更小,界面张力降低,子液滴分布角度更小；液滴破裂的临界场强和(1/dd)1/2成正比关系,并且界面张力越低,其临界电场越小；液滴破裂的临界离心率变化范围约为0.810～0.865。
　　 (3)双液滴在电场中的聚结存在电场范围,高于电场上限,液滴将发生破裂而不聚结；适当的电场使液滴产生稳定的锥端；α在55°以下均观测到了液滴的聚结；在近距离条件下(d/r2<0.37)且α>55°时液滴旋转到一定角度而吸引聚结,所观测到液滴之间的最大吸引和聚结角度分别为74.5°和68.5°；当α在90°附近时才观测到液滴之间的明显排斥现象。交流电场中液滴链上液滴几乎不发生聚结；所采用的电场频率范围内,低频下的液滴链不如高频下的稳定；电场强度的突然降低、湍流扰动可在一定程度上破坏液滴链,且前者可在一定程度上促进聚结。

目录

文摘

英文文摘

主要符号表

第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 液滴运移

1.2.2 液滴变形与破碎

1.2.3 液滴聚结

1.3 本文主要研究内容

第二章 实验系统和实验介质物性测定

2.1 实验系统

2.1.1 实验系统电路分析

2.1.2 实验系统介绍

2.1.3 主要实验步骤

2.1.4 图片后期处理

2.2 实验介质物性测定

2.2.1 实验介质

2.2.2 物性测定

第三章 单液滴变形

3.1 单液滴在电场中的极化与受力

3.2 平板电极间的电场强度计算

3.3 单液滴的伸缩振荡幅度

3.3.1 频率的影响

3.3.2 油品粘度的影响

3.3.3 电场强度的影响

3.3.4 界面张力的影响

3.3.5 液滴直径的影响

3.4 液滴离心率(变形度)

3.4.1 液滴离心率和电场强度的关系

3.4.2 液滴离心率与其直径的关系

3.4.3 不同频率时离心率和电场强度的关系

3.4.4 不同界面张力时离心率和电场强度的关系

3.4.5 不同油品中离心率和电场强度的关系

3.4.6 不同矿化度时离心率和电场强度的关系

3.4.7 液滴离心率和We数

3.5 有无绝缘层时离心率和电场强度的关系

本章小结

第四章 单液滴破裂

4.1 单液滴喷射现象

4.1.1 单液滴喷射

4.1.2 频率对喷射的影响

4.1.3 油品粘度对喷射的影响

4.1.4 界面张力对喷射的影响

4.2 液滴喷射过程中的角度分析

4.2.1 起始喷射角度

4.2.2 子液滴分布角度

4.3 液滴破裂临界电场强度

4.3.1 液滴临界场强和直径的关系

4.3.2 界面张力影响

4.3.3 矿化度的影响

4.4 液滴破裂前的临界离心率

4.5 喷射时间与喷射量

本章小结

第五章 双液滴聚结和多液滴成链

5.1 双液滴聚结

5.1.1 液滴相互靠近

5.1.2 水平液滴聚结

5.1.3 液滴的吸引聚结角度

5.2 液滴链的形成与破坏

本章小结

结论及建议

参考文献

致谢