电场作用液滴聚并影响因素数值模拟研究

发布时间：2020-03-31 05:38

【摘要】：乳化状态下油水分离是油田开发生产中必不可缺少的关键生产环节,高压电场下原油脱水是普遍应用的高效油水分离技术之一,而其分离效率取决于分散相带电液滴的聚并过程。因此,本文利用多物理场耦合软件COMSOL对高压电场液滴聚并过程进行数值模拟计算,并对关键影响因素进行了分析。本文基于Cahn-Hilliard方程的相场方法,通过两相流流场和电场的耦合作用,建立电场作用下分散相液滴行为模型。模拟了带电液滴在高压电场下的变形、运动及聚并过程。从微观角度研究了电荷密度、电场力和流场的分布规律,探讨了液滴变形和聚并原理。研究了影响液滴变形和聚并的众多因素,模拟结果表明,在交流电场作用下,增大液滴直径、电场强度和初始空间电荷密度,减小电场频率、初始相对间距和连续相流速,均可增大变形度、变形振荡幅度以及瞬时速度,提高聚并效率。并针对添加的空间电荷密度,从液滴瞬时速度及变形度的角度揭示其是如何影响聚并过程的。对比分析液滴带电对不同工况下液滴聚并的促进效应,结果表明液滴带电能有效促进液滴聚并,并证明初始空间电荷是通过提高液滴的瞬时速度来促进液滴聚并的。本文利用数值模拟手段,从微观分散相带电液滴聚并的过程揭示了高压电场下油水分离原理,可为油田高压电场油水分离器的设计、工况设置等提供理论基础,指导油田的高效开发。同时也丰富了电化学研究理论。
【图文】：

图 1.1 液滴间偶极—偶极受力模型距为 l、邻近两端极化出相同电[13]计算：常数，，F/m；，m；，V/m ；，m；中心距，m。张力，N/m。滴直径越大，越易发生发生“电且若破碎后的小液滴依然有相当

但更有效率的聚并是液滴在电场力的域迁移的过程。随着向电场密集区域迁移荷，最终体现为液滴偶极吸引力增大。因的聚并效率高于均匀电场的根本原因。在交流电场中。这是因为电场强度和方跟随电场的周期发生极性、大小的变化，原位置附近的弹性振荡。值得一提的是，械强度，提高液滴碰撞聚并几率，从本质压呈正弦波形，电场大小、方向不断变化逐渐增加的电场力，进而发生拉伸变形呈界面张力的作用下回弹成球形。3-4 段、地由圆形-椭圆形-圆形循环变化，削弱了这种振动，促使液滴碰撞发生聚并。
【学位授予单位】：东北石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TE624.1

【参考文献】

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本文编号：2608648