本文選題：脈沖電場 + 離心場��； 參考：《北京化工大學》2015年博士論文

【摘要】：目前,我國油田已進入高含水期,采出井液多以乳狀液的形式存在,乳狀液破乳分離是當前難以解決的技術(shù)問題。因此,開展高頻脈沖離心裝置油水乳狀液破乳分離的理論和實驗研究,有重要的理論意義和工程應用價值。本文以表面與界面物理力學、電介質(zhì)物理學、流變學、流體力學為基礎(chǔ),對乳狀液破乳分離進行了理論分析,從理論上研究了油水乳狀液在電場、離心場以及它們共同作用下的液滴運動與聚結(jié)機理。提出了四種強度理論：液滴臨界拉應力理論,液滴臨界彈性應變理論,液滴臨界切應力理論,液滴臨界總勢能理論。分析了外加電場情況下的液滴表面電荷分布以及由此產(chǎn)生的電勢能變化。分析了轉(zhuǎn)鼓內(nèi)電場和流場的分布,并著重分析了轉(zhuǎn)鼓內(nèi)流體的切向速度分布和剪切應力。同時,對液滴在電場和轉(zhuǎn)鼓旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心場作用下的受力及其運動進行了分析。采用fluent進行數(shù)值模擬。研究了不同旋轉(zhuǎn)速度、作用時間、體積分數(shù)等物理參數(shù)對油水分離的影響。通過數(shù)值模擬獲得了詳細的流體運動和分布參數(shù)。分析結(jié)果表明,當轉(zhuǎn)速增加,流體的速度和壓力增加,轉(zhuǎn)鼓近壁面處水體積分數(shù)大于中心處。.隨著作用時間的增加,轉(zhuǎn)鼓底部的水體積分數(shù)大于頂部。含水率隨著轉(zhuǎn)速和時間的增大而不斷增大,轉(zhuǎn)速對含水率影響比較明顯,并優(yōu)于純重力場。利用COMSOL軟件中Cahn-Hilliard方程的相場方法,研究了高頻脈沖電場下分散相液滴的變形和聚結(jié)規(guī)律,液滴在電場力的驅(qū)動下發(fā)生變形,液滴變形度與粒徑和電場強度成正比,與粘度成反比。當變形度達到取決于連續(xù)相和分散相物性條件的一定值時液滴破裂。高頻脈沖電場下液滴受到的電場力是周期變化的,其變化的頻率主要由外加電壓的周期頻率決定,并受液滴本身的物性參數(shù)影響。相同物性參數(shù)下,液滴的臨界破裂電場強度大于臨界聚結(jié)電場強度。高頻脈沖電場正方波、正弦波、三角波、鋸齒波四種波形的液滴聚結(jié)規(guī)律基本一致。通過分析可知方波最優(yōu),正弦波和三角波次之,鋸齒波最次。當電場強度較低時,電場產(chǎn)生的動力不足以抵抗界面張力和流體的粘附阻力,無論時間多久,液滴都不聚結(jié)。電場場強升高到一定范圍,液滴受電場驅(qū)動能夠抵抗阻力,液滴有聚結(jié)趨勢,電場強度與聚結(jié)時間成正比。當電場強度大于液滴的臨界聚結(jié)電場強度時,液滴自身發(fā)生變形,并有向著電極方向靠近的趨勢,電場的增加,降低了液滴的聚結(jié)速度。電場繼續(xù)增加,液滴向兩極移動,液滴中心距離不斷增大,液滴之間無法聚合,但也不破裂。再繼續(xù)提高場強,達到了液滴自身的臨界變形破裂電場強度,液滴自身破裂更不會聚結(jié)。對于一定的物性參數(shù),存在一個最佳聚結(jié)頻率。隨著頻率的增大,聚結(jié)時間總體上先減小后增大,并且低頻率段的聚結(jié)效果略高于高頻率段。此外,自行研制了高頻脈沖離心破乳實驗系統(tǒng),該實驗系統(tǒng)由供液裝置、破乳裝置、儲液裝置、數(shù)據(jù)采集裝置、溫度加熱控制裝置、高頻脈沖電源等組成。該系統(tǒng)可實現(xiàn)溫度、流量、轉(zhuǎn)速、電壓、頻率等影響破乳效果因素的精確控制。該新型破乳裝置可分別實現(xiàn)離心破乳、高頻脈沖電場破乳、高頻脈沖電場離心耦合或聯(lián)合破乳。利用該裝置開展了多參數(shù)的破乳分離實驗,通過實驗得到了電壓、轉(zhuǎn)速、溫度、時間、脈沖頻率等參數(shù)對破乳的影響規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn),乳液的最優(yōu)頻率由其本身的物性參數(shù)決定。電壓對破乳效果的影響最為明顯,在乳液的臨界聚結(jié)電場強度之前,電壓的增大,破乳效果不斷增加。溫度對破乳的影響也比較顯著,溫度越高,粘度降低,液滴容易聚結(jié)分離。在低轉(zhuǎn)速時,耦合作用破乳效果與轉(zhuǎn)速大小成反比,聯(lián)合作用下破乳效果與轉(zhuǎn)速成正比。在高轉(zhuǎn)速時,離心場在耦合和聯(lián)合作用中均起反作用。在低轉(zhuǎn)速時,耦合作用下破乳效果與作用時間成正比,聯(lián)合作用下破乳效果與作用時間亦成正比。在高轉(zhuǎn)速時,耦合作用下破乳效果與作用時間成反比,聯(lián)合作用下破乳效果與作用時間無明顯規(guī)律。低轉(zhuǎn)速時,聯(lián)合作用下各個參數(shù)的破乳效果優(yōu)于耦合作用。對于低含水率乳狀液,電場的作用貢獻遠大于離心場,離心場起破乳作用還是乳化作用,取決于轉(zhuǎn)速和乳狀液物性。
[Abstract]:In this paper , the theory and experimental study of emulsion breaking and separation in oil - water emulsion of high - frequency pulse centrifugal device has been studied theoretically and experimentally . This paper studies the deformation and coalescence of droplets in high frequency pulsed electric field . In this paper , the effect of breaking milk on the demulsifying effect is much higher than that of the centrifugal field , and the effect of breaking milk is proportional to the action time .
【學位授予單位】：北京化工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TE624.1
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本文編號：2045868