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...     

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。     

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。     

高压交流电场中单液滴振荡特性实验

 以白油和水为实验介质,利用显微高速摄像系统结合图像处理技术对高压交流电场(AC)作用下水滴在油中的振荡特性进行了研究,考察了电场强度、频率、油品黏度、介电常数、油-水界面张力以及液滴直径对液滴伸缩变形幅度的影响。结果表明,交流电场作用下液滴变形度呈周期性变化,且变形度变化频率是电场变化频率的2倍;液滴变形度主要受电场强度、液滴直径、油-水界面张力等因素的影响,而液滴伸缩变形幅度受电场频率、油品黏度和油-水界面张力的影响明显;在50~300 Hz的交流电场中,电场频率越大、油品黏度越高、油-水界面张力越低,液滴的伸缩变形幅度越小;电场强度和直径对液滴伸缩变形幅度的影响不明显。     

脉冲电场作用下界面张力对乳化油液滴变形振动的影响

乳化油中液滴在高压脉冲电场作用下发生变形振动,油-水界面张力为液滴振动提供了回复力,对液滴振动产生重要影响。通过建立液滴振动动力学模型,解得液滴振动振幅一次近似解,以分析界面张力对液滴变形振动的影响。由仿真计算结果发现,乳化油中液滴振动振幅峰值随油-水界面张力的减小而增大,在小界面张力区域内,液滴发生不稳定振动,但可通过增大电场频率来改善;液滴共振频率随着界面张力的增大而增大,因此较大界面张力的乳化油在高频电场中破乳效果较好。实验结果对高效破乳的脉冲电场选择具有指导意义。     

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。     

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。     

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。     

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。     

油液黏度对脉冲电场最佳破乳频率的影响

通过建立油中乳胶粒子在脉冲电场作用下的非线性振动动力学模型,研究了粒子非线性参激共振及其条件,得出脉冲电场最佳破乳频率关系式。结果表明,油中乳胶粒子最佳破乳频率及其共振振幅随油液黏度的增大而减小。利用模型得出的乳胶粒子振动幅频特性关系在理论上解释了油液黏度对最佳破乳频率产生的影响,以及最佳破乳频率偏离粒子振动固有频率的成因。     

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。     

超声波作用下油中水滴的运动与变形特性

采用显微高速摄像系统结合图像处理技术对超声波作用下油中水滴的运动与变形行为进行了拍摄和分析。结果表明,超声波作用显著影响油中水滴的运动轨迹、速率以及振荡幅度和频率,水滴作类正弦振荡运动,粒径为200～400 μm的水滴振荡运动最为剧烈;随超声波声强的增加,水滴振幅先增加后减小,在本实验体系下的临界声强为4.89 W/cm²。超声波作用下,油-水界面被周期性拉伸和压缩,水滴呈周期性变形,其变化周期和振荡周期一致。随水滴粒径的增大,其最大变形度先减小后增大;随油相黏度、油-水界面张力的减小以及声强的增大,水滴最大变形度增加。     

停留时间对动态脉冲电脱水性能的影响

基于动态脉冲电脱水试验,考察停留时间对高压高频脉冲动态电脱水性能的影响。试验结果表明,随停留时间的增加,动态电脱水器的水处理效率和油处理效率显著增大,脱水功率小幅增加。高电压、长停留时间条件下,电脱水器的有效容积利用率小幅下降,脱水能耗随电压增大而增加的趋势有所减缓。当停留时间较长时,高频下乳状液吸收的电场能过高,大大增加了过度极化和电分散现象发生的趋势,动态电脱水性能下降。高含水率、高电压和高脉宽比条件下,应采用较低的停留时间,以避免极板击穿、垮电场等事故的发生。该项研究成果为高效紧凑静电脱水设备的研发奠定了基础。     

基于DSP56F805的脉冲变极性弧焊逆变电源数字化脉冲宽度调制技术

采用Motorola公司的混合型16位数字信号处理器DSP56F805建立了基于双数字信号处理(DSP)的脉冲变极性弧焊逆变电源全数字化控制系统.利用DSP内部集成的脉冲控制调制(PWM)模块,通过选择合理的工作模式实现了一次逆变PWM脉冲和二次逆变极性变换控制信号的直接数字化控制.A/D采样与PWM的同步避免了开关过程中的电压、电流尖峰干扰,提高了控制系统的工作稳定性和可靠性,实现了中频变极性和低频脉冲复合控制的变极性输出焊接电流波形,为提高TIG焊接工艺质量奠定了基础.     

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。     

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。     

岩石孔隙性质对电脉冲破岩的影响规律

为研究岩石孔隙对电脉冲破岩的影响规律,以电脉冲作用下岩石电场强度为评价指标,推导了岩石孔隙电场强度数学模型,建立了电脉冲作用下岩石电场强度二维模拟方法,开展了电脉冲破岩影响规律的数值模拟及实验研究.结果表明:孔隙的存在会引起岩石电场畸变,孔隙与岩石基质交界处的电场强度最大,电脉冲击穿将首先发生在孔隙边缘处;岩石孔隙数量...