發(fā)布時(shí)間：2020-04-22 08:40

【摘要】：電場(chǎng)作用下液滴的變形與破裂過(guò)程對(duì)油水乳狀液的靜電聚結(jié)效率具有重要影響。從界面動(dòng)力學(xué)角度探索電場(chǎng)中液滴界面的動(dòng)態(tài)響應(yīng)行為是強(qiáng)化液滴聚并的核心問(wèn)題,也是目前工程實(shí)際中亟需解決的關(guān)鍵技術(shù)。本文結(jié)合理論建模和微觀(guān)實(shí)驗(yàn)研究,建立了電場(chǎng)作用下液滴界面的運(yùn)動(dòng)模型,得到了液滴界面在變形和破裂前的響應(yīng)規(guī)律與界面動(dòng)力學(xué)機(jī)制,揭示了電場(chǎng)特征、介質(zhì)物性和界面粘彈性質(zhì)對(duì)液滴界面動(dòng)態(tài)響應(yīng)行為的作用機(jī)理,對(duì)完善靜電聚并理論體系和研發(fā)高效靜電聚結(jié)技術(shù)具有十分重要的意義。本文主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)論如下:通過(guò)分析電場(chǎng)激勵(lì)下液滴界面的瞬態(tài)響應(yīng)行為,綜合考慮靜電壓力、壓差阻力、毛細(xì)壓力與附加壓力的作用,建立了直流電場(chǎng)、正弦交流電場(chǎng)作用下液滴界面的動(dòng)態(tài)響應(yīng)模型,并利用實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)其進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。結(jié)果表明,模型計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)值較為接近,能夠較準(zhǔn)確的表征液滴界面的動(dòng)態(tài)響應(yīng)過(guò)程。通過(guò)耦合界面運(yùn)動(dòng)模型與界面流變學(xué)本構(gòu)方程,實(shí)現(xiàn)了對(duì)粘彈性液滴界面運(yùn)動(dòng)過(guò)程的理論描述。模型的建立為探索電場(chǎng)作用下液滴界面的動(dòng)態(tài)響應(yīng)規(guī)律奠定了基礎(chǔ)。對(duì)直流電場(chǎng)中純凈界面和粘彈性界面的運(yùn)動(dòng)特征進(jìn)行了系統(tǒng)的理論與實(shí)驗(yàn)研究�；谝旱谓缑鎰�(dòng)態(tài)響應(yīng)模型,探討了界面動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間、界面振動(dòng)模式、振幅、振動(dòng)周期和阻尼系數(shù)等響應(yīng)特征與Ca數(shù)、Oh數(shù)、C_m~*、界面彈性系數(shù)T_1及界面粘性系數(shù)T_2的關(guān)聯(lián)規(guī)律,闡釋了直流電場(chǎng)作用下液滴界面運(yùn)動(dòng)特征演變規(guī)律的動(dòng)力學(xué)機(jī)理,得到了界面動(dòng)態(tài)響應(yīng)模式與相應(yīng)的C_m~*-Ca-Oh區(qū)間,明確了欠阻尼振動(dòng)模式與過(guò)阻尼振動(dòng)模式間的轉(zhuǎn)變規(guī)律,揭示了界面粘彈性質(zhì)對(duì)界面運(yùn)動(dòng)特征的影響機(jī)理。研究表明,可通過(guò)控制Ca數(shù)、Oh數(shù)和界面性質(zhì),有效抑制界面在電場(chǎng)中的過(guò)度振蕩,優(yōu)化界面的動(dòng)態(tài)響應(yīng)過(guò)程。對(duì)正弦交流電場(chǎng)作用下液滴界面的振動(dòng)過(guò)程進(jìn)行了受力分析,深入探討了界面穩(wěn)定振動(dòng)時(shí)的振幅與相位差等特征參數(shù)的變化規(guī)律,以及Ca數(shù)、Oh數(shù)、C_m~*、無(wú)量綱電場(chǎng)頻率ω~*和界面粘彈性質(zhì)的影響機(jī)理。結(jié)果表明:在正弦交流電場(chǎng)中,由于界面受到交變靜電壓力的作用,使得無(wú)量綱電場(chǎng)頻率ω~*與Oh數(shù)、C_m~*、界面粘彈性質(zhì)間存在協(xié)同效應(yīng),通過(guò)改變界面在振動(dòng)過(guò)程中受到的慣性力和粘性力作用,使得界面振動(dòng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)的相位差發(fā)生變化,進(jìn)而對(duì)界面穩(wěn)定振動(dòng)時(shí)的幅頻特性產(chǎn)生顯著影響。對(duì)正弦交流電場(chǎng)中液滴破裂前界面的動(dòng)態(tài)過(guò)程進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)和理論研究,探索了Ca數(shù)、Oh數(shù)、無(wú)量綱電場(chǎng)頻率ω~*及界面粘彈性質(zhì)的影響規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn),由于破裂前界面所受應(yīng)力的變化,使得破裂前液滴界面的運(yùn)動(dòng)過(guò)程分為“快速增加、緩慢增加和再次快速增加”三個(gè)階段,其中第二階段的時(shí)長(zhǎng)對(duì)控制液滴破裂過(guò)程具有顯著影響。隨Ca數(shù)的減小及Oh數(shù)、電場(chǎng)頻率與界面粘彈性系數(shù)的增加,第二階段時(shí)長(zhǎng)增大,液滴破裂前的整體變形速率下降。因此,可通過(guò)合理調(diào)整液滴與連續(xù)相的物理化學(xué)性質(zhì)、界面參數(shù)和電場(chǎng)參數(shù),盡量降低Ca數(shù)并提高Oh數(shù)與電場(chǎng)頻率將有助于延緩液滴的破裂。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)石油大學(xué)(華東)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類(lèi)號(hào)】：TE621

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2636355