第1章 緒論

目前，W/O 乳化液的破乳方法主要包括化學破乳法、生物破乳法和多種物理破乳法。生物破乳法的成本不高，操作簡單，并且所產(chǎn)生的破乳劑不會對環(huán)境造成污染，還可以進行降解，但培養(yǎng)一株具有能破乳特定乳化液的菌種需要的時間周期太長和培養(yǎng)條件困難。化學破乳法劑的針對性很強，一般一種化學破乳劑只對特定的乳化液存在破乳效果，若想對其他不同環(huán)境下的乳化液具有破乳效果，需要重新配置新的乳化劑，這無疑會對破乳工作增加不少工作量。物理破乳法主要包括重力離心破乳方法、研磨破乳法等，這些破乳法如膜潤濕聚結破乳方法的破乳原材料難于獲取，且都或多或少的需要消耗能源來達到破乳的效果。水擊諧波破乳是利用在某種裝置或管道中產(chǎn)生的水擊諧波的場能進行破乳的，處于水擊諧波中的乳化液的分散相會受到一些諸如重力和水擊諧波場產(chǎn)生的力的作用，促使分散相之間相互接近后聚集成大液滴，最后從油液中沉降分離出來[3]。產(chǎn)生水擊的原因眾多，主要包括流體受到外力作用的影響和流體的流速發(fā)生變化等。

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第2章 液壓換向閥內(nèi)水擊諧波場的數(shù)值模擬

2.1 數(shù)學模型的建立

水滴加速度的計算需要分析它所受的作用力。水滴所受的作用力包括其內(nèi)部應力和油水兩相間的作用力，，由于水滴含量較低其內(nèi)部應力可忽略，相間作用力有黏性阻力、附加質量力、Basset 力、Magus 升力、Saffman 升力等[61]。為了便于計算，可以將 Magus 升力和 Saffman 升力忽略[62]。同時，附加質量力和 Basset 力也常在計算中被忽略。因此，本文在計算水滴所受作用力為相間的黏性阻力和水滴受到壓力梯度引起的壓差力的作用�？汕蟮盟渭铀俣�。 

2.2 液壓閥內(nèi)流場的數(shù)值計算方法

本文選用具有強大的網(wǎng)格支持能力的流體分析的 CFD 軟件 Fluent 進行換向閥內(nèi)流場的數(shù)字計算。Fluent 的功能非常強大，被廣泛的使用到許多領域。用戶可以根據(jù)自身的需求和所計算的流體的物理特性選擇 Fluent 的各種離散格式及所需的求解法。根據(jù)自身的需求選擇計算精度為單精度或者是雙精度的計算，為了使計算的精確性最高，需要設置影響軟件的計算速度和穩(wěn)定性等參數(shù)，使得計算達到最優(yōu)水平。同時 Fluent 還具有強大的后處理功能，不僅可以得到流場中壓力、速度、溫度等各種變量的變化云圖，還能得到速度等變量的矢量圖及流線圖，可以根據(jù)自身的需求設置截面，得到該截面上的一些變量的結果圖。通過設置監(jiān)視窗口，可以在線的監(jiān)測所求變量的變化情況，并且還能夠生成文字形式的報告。

第 3 章  油水乳化液破乳的水擊諧波特性實驗研究 ................... 29 

3.1 水擊諧波激振實驗平臺搭建 ................ 29 
3.2 水擊諧波特性的實驗測試 ............. 35 
3.3 水擊諧波特性的分析 .............. 35 
3.4 本章小結 ............ 58 
第 4 章  水擊諧波破乳影響因素及其優(yōu)化分析 ............... 60 
4.1 影響因素對破乳效果的分析............ 60 
4.2 水擊諧波破乳優(yōu)化分析 ........... 63 
4.3 本章小結 ............. 67 
第 5 章  結論與展望...... 68 
5.1 結論 ................... 68 
5.2 展望 ........... 69

第4章 水擊諧波破乳影響因素及其優(yōu)化分析 

4.1 影響因素對破乳效果的分析 

為了分析研究激振發(fā)生裝置各輸出因素即信號發(fā)生器的輸出頻率、信號發(fā)生器的輸出電壓功率放大器的輸出電流三個因素對油水乳化液的破乳效果的影響，應當保持固定其他因素，改變被考察的因素進行實驗研究。在下面的所有因素對破乳效果的影響的研究中，全部都是在保持另外兩個因素不變，而只是改變被考察因素的情況下進行的研究。 根據(jù)多次試驗測試看出，當信號發(fā)生器的輸出頻率為 0~500Hz 時，水擊諧波發(fā)生裝置中的水擊現(xiàn)象比較明顯。為了便于直觀分析，根據(jù)多次反復實驗測試，先固定的因素為：信號發(fā)生器的輸出電壓為 5V，功率放大器輸出電流為 4A。而后選取輸出頻率為100Hz、200Hz、300Hz、400Hz、500Hz 進行實驗測試。輸出頻率對脫水率的影響如圖4.1 所示。 

4.2 水擊諧波破乳優(yōu)化分析

如圖 4.4 所示，在信號發(fā)生器的輸出頻率為 350Hz 時，乳化液的脫水率為 61.14%，信號發(fā)生器的輸出頻率為 400Hz 時，乳化液的脫水率為 60.36%，隨著信號發(fā)生器的輸出頻率的增大脫水率是逐漸降低的，在信號發(fā)生器的輸出頻率為 450Hz 時，乳化液的脫水率反而增加至 62.07%。分析原因是隨著信號發(fā)生器的輸出頻率的增加，水擊諧波發(fā)生裝置中的水擊諧波現(xiàn)象減弱，影響脫水率進而影響破乳效果，當頻率繼續(xù)增大時，水擊諧波發(fā)生裝置中的水擊諧波的頻率也增大，有利于破乳，故脫水率又呈現(xiàn)上升的趨勢。由圖 4.5 可以看出，信號發(fā)生器輸出電壓在 8V 到 9V 的過程中，隨著電壓值的增加，乳化液的水率也逐漸增大。原因是隨著信號發(fā)生器輸出電壓的增加，激振發(fā)生裝置作用在乳化液的作用力也隨之增大，水擊諧波發(fā)生裝置中的水擊諧波現(xiàn)象越來越明顯，破乳效果也更加明顯。但當信號發(fā)生器輸出電壓增至 10V 時，乳化液的脫水率卻反而減少了，說明乳化液在信號發(fā)生器輸出電壓為 9V 的時候乳化液的脫水率已經(jīng)達到了最大值，隨著電壓值的增加，雖然激振發(fā)生裝置作用在乳化液的作用力增大了，水擊諧波現(xiàn)象也有更加明顯，但此時的脫水率已經(jīng)達到了極限狀態(tài)。在圖 4.6 中，隨著功率放大器輸出電流值的增大，乳化液的脫水呈現(xiàn)先上升后降低的趨勢，原因與信號發(fā)生器輸出電壓值變化的原因一致。

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第5章 結論與展望

5.1 結論

為了研究水擊諧波破乳過程中的水擊諧波特性，本文通過數(shù)值模擬和實驗研究兩種方法，分別對換向閥開口度一定，改變閥中乳化液流量時和構建的水擊諧波激振實驗平臺產(chǎn)生的用于油水乳化液破乳的水擊諧波的特性進行了分析，并利用水擊諧波激振實驗對影響水擊諧波破乳效果的因素進行了深入分析，同時進行了水擊諧波破乳優(yōu)化分析，獲得以下結論：1、建立了液壓換向閥內(nèi)油水乳化液的代數(shù)滑移混合數(shù)學模型，并用 Fluent 軟件進行數(shù)值模擬計算，得到：（1）當乳化液流經(jīng)換向閥閥腔入口時，水相的體積分數(shù)變大；當乳化液流入閥腔后會發(fā)生旋轉流動，在閥腔內(nèi)，水相的體積分數(shù)由閥腔的內(nèi)壁向外壁呈逐漸加大的變化，水相具有向閥腔外壁流動聚結的現(xiàn)象；當乳化液從閥腔出口流入進油口管道后，水相的體積分數(shù)基本不變，也出現(xiàn)聚結現(xiàn)象，且聚結的水相逐漸向通道壁流動；當乳化液流經(jīng)出油口時，水相聚結在出油口的內(nèi)壁一側處。

5.2 展望

油水乳化液的破乳研究是一項任重而道遠的任務，在各種破乳方法創(chuàng)新和發(fā)展的同時，水擊諧波破乳法作為一種綠色、節(jié)能的破乳法，還需要對水擊諧波發(fā)生裝置的結構和設計進行更加深入的研究，并對實驗裝置平臺做進一步的優(yōu)化改進，將水擊諧波破乳法推廣到工業(yè)破乳的應用中去。

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參考文獻（略）

本文編號：133367