非均匀电场下原油乳化液脱水特性

为了提高陆上及海上原油平台的脱水效率,利用同轴圆柱电极结构开展了乳化液在非均匀电场下的脱水特性研究;通过分析水滴在非均匀电场中的极化特性,建立了水滴极化及受力模型,分别对水滴运动、聚结和破裂的动力学特性进行了分析。研究结果表明:随着非均匀系数的升高,乳化液脱水速度增大;在一定范围内提高电场非均匀系数有利于乳化液最终含水率的降低,但电场非均匀系数过高容易造成电分散。在非均匀电场中,水滴受到的介电泳力和水滴之间的偶极聚结力与电场场强、水滴半径、电场的非均匀系数成正比,与水滴距电极中心的距离和水滴之间的距离成反比。水滴电分散场强与水滴电荷面密度、水滴粒径、表面张力有关,当水滴发生荷电后,其电分散场强减小。所建立的非均匀电场脱水模型较好地解释了电脱水试验现象,可为高效电脱水器的设计提供依据。     

感应荷电过程中喷雾荷电特性影响规律实验研究

荷电水雾可有效提高液滴捕集微细颗粒物的效率,其中液滴的荷电特性是影响荷电水雾除尘效率的重要因素。为此,从水雾感应荷电理论出发,建立了液滴群荷电量的理论计算式,通过改变荷电电压、电极间距、雾化压力以及电极环直径,实验研究了各种因素对液滴荷质比的影响规律,并测试了喷雾特性。实验研究结果表明:液滴荷质比随荷电电压的升高而先增大后减小,随电极环直径的增大而减小,随电极间距的增大而增大;液滴的荷电效果与雾化压力有关,且对于同一喷嘴存在荷电效果最佳的雾化压力值;液滴粒径随荷电电压的增大而逐渐减小,且当液滴粒径较小时,荷电电压对液滴粒径的影响相对较弱。该研究结果对于提高液滴的荷电效果、促进荷电水雾在控制微细颗粒物方面的应用具有重要的指导意义。     

高压静电聚结器设计、实验及现场应用

为进一步提高电破乳的效率,通过分析油中水滴在电场力作用下的受力情况,得出影响水滴静电聚结的因素,并设计了绝缘型静电聚结器对油包水乳状液进行室内实验,结果表明,增加电场强度和延长电场停留时间可有效促进分散水滴聚并成大颗粒水滴,提高其在油相中的沉降速率,加快油水分层速度。含水量过高导致油水乳状液电导率激增,不利于乳状液的静电聚结。具有良好的稳定性和耐腐蚀性的绝缘材料可有效防止因局部电流过大导致的电场崩溃。在此基础上开发出的静电聚结器在现场生产中取得了较好效果,在保证分离效果的前提下,能显著降低静电聚结器能耗。     

交流和直流电场作用下的乳化液电脱水特性

电场类型及电场强度对原油电脱水效率及脱水电场的稳定性有显著影响。为研究不同初始含水率原油乳化液在电脱水时宜采用的脱水电场类型及电场强度,在实验室试验研究了原油乳化液在交流电场和直流电场作用下的电脱水效果;并从理论上分析了交流电场和直流电场作用下的原油乳化液电脱水机理,建立了交流电场和直流电场作用下的水滴运动模型,得到了水滴电分散电场强度和水滴电泳速度的表达式。结果表明:乳化液电脱水存在最佳临界电场强度,当电场强度超过临界电场强度时将引起水滴电分散,导致脱水率下降;交流电场对高含水率乳化液的脱水速度高于直流电场下的脱水速度,且脱水电场稳定;直流电场对低含水率乳化液有深度净化作用,可提高乳化液的脱水率;所建立的电脱水理论模型较好地解释了不同电压下的电脱水试验现象,并为确定最佳脱水电场强度和选择不同含水率乳化液的脱水电场类型提供了理论依据。     

温度和频率对环氧树脂/碳化硅晶须复合材料交流非线性特性的影响

为了研究不同温度和频率下的交流非线性电导和介电性能,该文制备了纯环氧及不同掺杂质量分数的环氧树脂/碳化硅晶须复合材料,分别使用透射电子显微镜、场发射扫描电子显微镜、X射线衍射仪、动态热机械分析仪和差示扫描量热仪研究了碳化硅晶须填料的改性效果、试样的断面微观形貌、填料和试样的物相结构信息、试样的热机械特性和试样的玻璃化转变温度,通过介电谱仪偏压模块测试了材料的交流电导率和介电常数,分析了温度和频率对材料交流非线性电导和介电特性的影响。结果表明：对于相同掺杂质量分数的环氧树脂/碳化硅晶须复合材料,在相同频率下,随着温度的升高,其非线性交流电导率系数减小,非线性介电常数系数、非线性交流电导率开关场强和非线性介电常数开关场强均增大;在相同温度下,随着频率的增加,其非线性交流电导率系数和非线性介电常数系数均减小,非线性交流电导率开关场强和非线性介电常数开关场强均增大。不同温度和频率下的非线性电导特性和非线性介电特性的产生机理分别通过双肖特基势垒模型和界面电荷弛豫模型进行解释。研究结果为EP/SiCw复合材料的高温高频应用提供了实验和理论依据。     

交流电场下超疏水涂层表面液滴运动特性的体积效应研究北大核心CSCD

交流电场下超疏水涂层表面液滴的滑动和凝并特性对其污闪特性具有重要影响,为了表征超疏水涂层表面液滴的运动特性,以环氧树脂板为基底利用喷涂法制备了超疏水涂层,测量了均匀电场下超疏水涂层表面不同体积液滴的临界运动场强,并利用基于图像的目标跟踪方法绘制了不同体积液滴的运动轨迹;最后通过仿真计算和理论推导,分析了交流电场下液滴运动机理以及体积对液滴临界运动场强和运动速度的影响。结果表明:液滴体积对其临界运动场强的表现出明显的“体积效应”,0~100μL液滴的临界运动场强在体积为40μL出现一极小值;液滴体积对其临界运动场强影响主要与电晕起始场强和电荷积累量有关;而液滴平均运动速度与体积呈负相关,100μL液滴的平均运动速度较10μL减小了66.7%。     

静电喷涂中油液的电晕荷电及雾化试验研究

为了研究静电喷涂过程中油液的电晕荷电特性和雾化现象,利用静电涂油机为试验平台,分析了静电涂油机中梁板电极的电晕放电过程,得到了静电涂油机电晕放电的起晕电压;同时依据静电学原理,给出了液滴在高压静电场中的电晕荷电量和液滴破碎的理论临界场强;结合静电涂油机喷涂试验,从宏观和微观的角度分析了油液的雾化过程。研究表明,随着电压的增大,射流长度总的趋势是减小的,但在不同区域,电压对射流长度的作用不同;雾化角随电压增加而先增大到一定程度后开始减小,最后逐渐趋于稳定;电晕荷电电流随电压的增大而变大;雾滴粒径随电压的增加而减小,当电压在65kV左右时,粒径较小且分布最为均匀,此时油液达到较好的雾化效果。     

感应荷电喷雾静电场与荷电特性分析

感应荷电喷雾静电场的特性是感应荷电喷雾流场与静电场耦合计算的基础,也是荷电喷雾技术基础理论研究的关键之一。为了了解喷雾静电场中环状电极的感应静电场分布特性,在感应荷电机理分析和静电场物理模型建立的基础上,通过将商用FLUENT计算功能的扩展,对感应荷电喷雾中喷嘴与环状电极静电场进行数值模拟,并对静电场分布特性进行分析,结合感应荷电机理,明确感应静电场分布对喷雾液滴荷电效果的影响,从而可以通过改变静电场的分布特性改善液滴荷电质量。计算结果表明:随着充电电压的增加或电极间距的减小,电极处电场强度增强,尤其是喷嘴电极处增幅明显;电场强度沿轴向衰减迅速,故拥有高场强的电极及其附近区域是液滴感应荷电的关键,研究结论与有关试验结果相符合。因此,较高充电电压或较小电极间距(10mm以下)情况下的喷嘴与环形电极的静电场分布有利于获得较好的荷电效果和喷雾质量。     

非均匀和均匀电场下液滴的形变及运动行为

电场作用下液滴形变及运动行为是电脱水机理研究的重要内容,为了研究不同电场类型下液滴的运动特性,基于相场方法建立了液滴在均匀与非均匀电场下的仿真模型,研究了油中液滴在形变、位移过程中电荷密度和电场力的分布以及液滴的聚结情况,通过实验观测分析了液滴在均匀场与非均匀场中的形变以及运动行为。研究结果表明,液滴在非均匀场中不仅发生如同在均匀场中的形变,而且会在介电泳力作用下向电场集中区域发生移动;液滴表面极化出的电荷密度以及其所受到Maxwell应力从液滴中部向两端逐渐增大,在均匀电场中对称分布在液滴两端,而在非均匀电场中靠近电场集中区域的电荷密度和Maxwell应力最大;在一定范围内提高电场强度,液滴在非均匀电场中的接触机率比均匀场中的大,受到的偶极吸引力增大,使液滴间的聚结速度大于均匀电场中的聚结速度,但过高的电场强度容易使液滴破裂。     

电场强度对原油乳化液破乳脱水的影响

为选择合适的脱水电场以提高对原油乳化液的脱水效率,试验研究了不同电场强度下乳化液的脱水效率。通过水滴极化模型的建立,推导出水滴在电场中的极化电荷量及水滴间的聚结力,并得到水滴破裂的临界电场强度表达式,以此在理论上确定了最佳脱水电场强度。研究结果表明:水滴聚结的偶极力与外施电场强度、水滴半径和水滴间距有关,不同半径和间距的水滴存在不同的临界脱水电场强度;当外施电场强度小于临界电场强度时,随着外施电场强度的增加,脱水率呈上升趋势,但当外施电场强度超过水滴破裂临界电场强度时,脱水率随电场强度的增加而下降。得到的临界脱水电场强度表达式与试验结果的一致性较好,可作为确定最佳脱水电场强度的理论依据。     

Emulsification and Demulsification Processes in Liquid–Liquid System by Electrostatic Atomization Technique

A new electrical emulsification and demulsification apparatus using an electrostatic atomization technique was developed, and the investigation of both processes in a liquid–liquid system was conducted. First, fine water droplets were generated in silicone oil using a nozzle electrode with ac high voltage, and then, a stable water-in-oil (W/O) emulsion was produced without surfactants. The mode of electrostatic atomization and the trajectory of the fine droplets' flow were observed. The diameter of fine droplets and their distributions were measured as a function of the applied voltage and its frequency. Experiments indicated that electrohydrodynamic (EHD) induced liquid flow with water droplets played an important role in the formation of the emulsion. Next, the demulsification of W/O emulsion was carried out by two injections of oppositely charged water droplets, using the method of electrostatic atomization. The test liquid, which was prepared by the electrostatic atomization technique, was maintained in a state of emulsion for a longer time if no electric field was applied. When the positive- and negative-charged droplets were injected into the test liquid, the emulsion, with a dull color, gradually became transparent as time elapsed. The aggregated droplets fell down due to gravity and the EHD flow effect, resulting in the separation of water and oil. It was found that two injections of oppositely charged water droplets were effective for resolving the emulsion.      

高电压技术在制冷设备除霜中的应用

为解决制冷系统除霜技术存在的问题,介绍了利用高压静电场技术及扫频高压交流电场技术在制冷系统中除霜的机理及研究进展,基于电流体动力学理论分析了霜晶分别在自然生长以及受高压静电场影响两种情况下不同的生长特性、机理和高压静电场中影响霜沉积量的主要电场参数,以及影响扫频高压交流电场技术除霜效率和能耗的主要参数。研究表明:电压及电场极性对高压静电场除霜的效率影响显著,频宽及交流电场持续施加的时间则是影响扫频高压交流电场除霜效率及能耗的主要电场参数;扫频高压交流电场除霜技术相比于静电场除霜技术,在除霜效率上更高,但能耗上处于劣势。最后,从除霜效率及能耗角度出发,提出了进一步深入研究的方向。     

橡胶表面分离水珠在不均匀电场中的放电特性分析

通过针板电极模拟硅橡胶表面的极不均匀电场,研究硅橡胶表面分离水珠在不均匀电场中的放电特性,结果发现:在针板电极电场中,水珠的数量要达到一定程度后才能显著影响硅橡胶表面的闪络电压,少量分离水珠处于硅橡胶表面时闪络电压基本不变;水滴体积对不均匀电场中的闪络电压影响较小;硅橡胶表面闪络电压随分离水珠电导率的增大而减小。     

大容量电气设备现场交流耐压试验装置的研制及其应用

大容量电气设备（如变压器、电缆等）在现场进行工频交流耐压试验因受试验条件限制而难以进行。上海久隆电气设备试验有限公司研制的选用变频谐振系统作为交流耐压装置,解决了大容量电气设备现场进行交流耐压试验的难题,分析了该装置的目标设定、方案选择,以及设计原理和参数设计。交流耐压装置在不同类型变压器和电力电缆的现场应用,证明其实用性。     

Production of oil/water type uniformly sized droplets using aconvergent AC electric field

The authors proposed a new method to produce uniformly sized insulating liquid droplets (such as kerosene or plastic monomer) in immiscible liquid media (distilled water) by means of an applied convergent electric field generated using AC or pulsed voltage. The disintegration mechanism of the liquid column was observed precisely using video images and still photographs. Kerosene droplets with an essentially uniform diameter ranging from 100 to 250 μm were produced synchronously with the applied AC frequency using a nozzle diameter of 100 μm. When the flow rate of the co-flowing liquid surrounding the oil-phase liquid jet was increased, the synchronous frequency became higher and the size of the resulting droplets was decreased due to the elongation of the liquid jet. The disintegration mechanism is most likely the forced oscillation of the liquid jet stimulated by each cycle change of the applied voltage. The droplet size can be widely controlled by varying the AC frequency, nozzle diameter, liquid flow rate and velocity ratio between the oil-phase and co-flowing water     

憎水性表面水珠的电场计算及放电研究

用ANSYS有限元分析软件对不均匀电场(针-板电极)中憎水性表面分离水珠的电场进行了计算,比较了无水珠、单个水珠以及多个水珠存在时憎水性表面沿面电场分布的变化情况,计算出水珠存在引起固、液、气三重介质连接点处的畸变,且水珠的存在对强场区电场的畸变作用更显著。同时在实验室中进行了模拟试验,用10000帧/s的高速数字摄影仪对整个放电过程进行了全程捕捉。结果表明,人工布液方式下憎水性表面分离水珠的放电是存在明显熄灭重燃现象并由两端向中间发展并沿水珠顶部贯通的细小电弧连接所致。     

高压静电液体雾化技术

高压静电雾化具有雾滴粒径细小、粒径尺度单一、空间弥散程度广等优点,广泛应用于农牧林业病虫害防治、工业喷涂、燃烧、脱硫除尘及材料薄膜制备等领域。为有效提高燃油燃烧效率、烟气脱硫效率及药剂灭菌效率等,从破碎动力学、不稳定理论及雾化模式等出发对高压静电雾化理论进行了详细的阐述,测试了平口雾化喷嘴在针-环状组合电极下的喷雾特性。获得了雾化角、射程、沉积量分布及雾滴荷质比、索太尔(SMD)平均直径和PIV雾化流场图象等信息,并进行了分析。实验结果表明:高压静电减小了液体的表面张力和粘滞阻力,使液体容易破碎成更为细小的液滴,使雾滴尺寸分布更均匀。雾滴荷电后,带电雾滴在高压静电场的作用下容易发生二次雾化,进一步减小雾滴粒径;同时带电雾滴在电荷之间斥力作用下,弥散程度加大,且能在目标物感应出与本身电荷极性相反的电荷,从而在极化力、引力等作用下更容易被目标物所捕获。     

在绝缘诊断试验技术的发展中了解水树机理

近来 ,有几种测量介电常数和介质损失的诊断方法已被发展为用来对水树枝劣化 XL PE电缆进行非破坏性试验。当所施加的试验电压超过一定值时 ,发现临界劣化不仅仅与介电性能成比例。本文采用一种力学模型来描述水树枝现象的这种非线性。绝缘中的水树枝被认为是由被微裂纹区隔离的一系列充水微孔构成 ,在相对较低的含水量和较低试验电压下 ,有的裂纹区即可能产生自愈合作用并且恢复绝缘状态。当试验电压上升时 ,Maxwell电机械应力将导致水分侵入裂纹区 ,并导致拉长的水滴间出现电接触。对电场和损耗的有限元法数值计算结果表明 ,这种影响将使导电通道端部的电场增强 ,同时导致含水树枝绝缘的介质损耗增加。     

空间电荷及金属颗粒对换流变阀侧套管的电场分布影响

换流变压器阀侧套管承受交、直流复合电压,对套管的性能和质量有严格的要求。直流电压下,不同介质界面处空间电荷积聚会引起局部电场的畸变,金属颗粒的存在也会大幅提高局部场强,二者均会降低套管的绝缘性能。文中根据换流变压器阀侧套管的结构,采用有限元分析软件,建立了阀侧套管的仿真模型,分析了加入空间电荷后不同类型电压下套管的电场分布以及金属颗粒对局部电场的影响。结果表明,直流电压下介质界面处空间电荷更容易积聚,交直流复合电压下空间电荷能够引发套管内部局部电场的畸变。与交流电压相比,直流电压下金属颗粒对局部电场的畸变程度影响更大,在SF₆气体中金属颗粒对电场畸变程度的影响大小与其所在位置的关系不大。     

聚乙烯中水树枝-电树枝的相互转化

通过合适的手段模拟水树枝存在情况下材料中的电场强度分布,对理解水树枝向电树枝的转化和评估水树枝的危害程度有重要的实用价值。在总结水树枝-电树枝相互转化已有研究成果的基础上,用有限元方法模拟了不同半径水树枝存在情况下材料中的电场分布。模拟结果表明:水树枝存在的情况下,材料中的最大电场强度出现在水树枝尖端;在外施电压一定的情况下,材料中的最大电场强度随水树枝半径的增大先减小后增加;较短的水树枝弱化了材料中的局部电场强度。