含离子液滴在电场作用下聚并与断裂的特性研究
发布时间：2021-01-01 00:24
目前,随着世界上许多油田逐渐进入高含水期,其产出原油的含水量逐年升高。当原油的含水量过高时,则在其开采后的运输、储存、再加工等过程中会出现设备腐蚀、相关设备的工作效率降低及使用寿命减少的现象。静电破乳是指在油水混合液形成的乳状液外附加电场,使得含离子水滴在电场作用下发生运动、聚集,从而达到油水分离的技术。日前,静电破乳技术中电场的形式、强度以及水滴中离子等影响液滴聚并的微观机理还不十分明确。本文采用分子动力学模拟方法,从微观角度研究液滴在电场作用下聚并及断裂分离的动态过程,探讨液滴大小、电场强度及电场类型等对聚并过程的影响规律。主要研究内容如下:首先,研究在直流电场作用下液滴的聚并与断裂特性。在直流电场作用下,两液滴聚并的临界电场强度为0.52V/nm,临界锥角为42°;当电场强度低于临界电场强度时,液滴聚并、相互结合成一个大液滴,而当电场强度大于临界电场强度时,液滴接触聚并后发生部分或完全断裂。通过研究发现,当外加电场强度在0.53～0.80V/nm之间时,由于正负离子在连接液桥中的转移与中和,使得液滴出现部分断裂现象;当电场强度大于0.80V/nm时,电场力起主导作用,使液滴发生完...
【文章来源】：东北电力大学吉林省
【文章页数】：59 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２－１二维系统中边界处粒子运动及受力的计算方式示意图??如图２－］中在中央的盒子Ｅ代表模拟系统，其周围的盒子与模拟系统具有相同粒子的??１０??
?常用的半经验势进行介绍。??２．５．１?Ｌｅｎｎａｒｄ－Ｊｏｎｅｓ（Ｌ—Ｊ）势??Ｌｅｎｎａｒｄ－Ｊｏｎｅｓ?（Ｌ一Ｊ）?［５５］势函数的表达式为：??Ｅｕ｛ｒ）?＝?ｓ?（２－２１）??ｒ?ｒ??式中Ａ？—原子对质心之间的距离；??Ｅ—势能参数（阱深）；??ｒ０一尺度参数（反映原子本身大小）。??式中中括号内正的部分是排斥势，负的部分是吸引势。一般在对气体分子进行模拟计??算时，取ｍ＝１２，ｎ＝６，此时Ｌ－Ｊ势中引力势能、斥力与总势能随原子间距离ａ？的变化曲线??如图２－２所示。图２－２中可以看出随原子之间距离的增加，斥力逐渐降低，引力逐渐增减，??最终在ｒ较大时合力表现出引力。??一?＼?＼?°?Ｒｅｐｕｌｓｉｖｅ?ｔｅｒｍ??ｋｆ?＼?＼?°?Ｇｒａｖｉｔａｔｉｏｎａｌ?ｔｅｒｍ??＾?＼?＾—?Ｎｅｔ?ｆｏｒｃｅ?ｔｅｒｍ??＾?一???？?＾??ｓ０??ｎ／＼??图２－２?Ｌ－Ｊ势中引力势能、斥力势能及总势能随原子核之间距离ｒ的变化曲线??２＿５．２?Ｍｏｒｓｅ?势??Ｍｏｒｓｅ在１９２９年提出了?Ｍｏｒｓｅ势【５６］函数：??Ｅ?（ｒ）?＝?ｆｉｅｘｐ［－２ａ（—？－ｌ）］－２ｅｘｐｈａ（＾－ｌ）］［＞?（２－２２）??［?＾０?ｒｏ?Ｊ??当式中ｅ，＾确定时，有且仅有一个参量ａ可变。ａ控制了势阱的宽度，ａ越小，势??阱越深。随后为解决此势函数不能准确反映过渡金属中共价键的问题，逐渐发展出多体互??相作用的势函数。??２．５．３多体势??Ｄａｗ和Ｂａｓｋｅｓ合作建立ＥＡＭ势函数［５７］，在ＥＡＭ势函数表达式中，粒子系统总能量??１５??
?东北电力大学工学硕士学位论文???第３章电场作用下含离子液滴对的聚并与分离特性??电场对含离子液滴的聚并与断裂过程有着非常重要的影响，本章通过施加不同强度、??不同形式的电场，探宄含离子液滴在电场中聚并与断裂的运动特性，并且通过分析液滴变??形度、锥角、ｓｈｒｉｎｋａｇｅ函数等参数和粒子的微观运动的变化规律，揭示含离子液滴在电场??作下发生用聚并与断裂的微观机理。??３．１模拟细节??模拟系统的初始模型如图３－１所示。本文将浓度为０．４３９４Ｍ的两个氯化钠液滴（在每??个液滴中均含有２０００个水分子与２０个Ｎａ＋离子，２０个Ｃｌ－离子）对称地放置在充满１２００??个氮分子的模拟盒（２８Ｘ７０Ｘ２８ｎｍ３）中央。两液滴质心之间的初始距离为８．０ｎｍ。为了更??加清楚地展示两液滴相互作用及运动关系，左侧液滴１用红色表示，右侧液滴２用绿色表??示。水分子的势能模型采用常用于研究水分子的润湿行为和其他现象的ＳＰＣ／Ｅ模型水??分子、离子与氮气分子等之间的相互作用由短程范德华相互作用和长程静电相互作用组??成。本文利用经典的Ｌｅｎｎａｒｄ－Ｊｏｎｅｓ?（Ｌ－Ｊ）势模拟了包括斥力和色散力在内的短程范德华相??互作用，而静电相互作用则采用库仑定律来模拟，Ｎａ＋、Ｃｌ＿离子和Ｎ２分子的作用力由短程??范德华力和长程库伦力组成，由经典的（Ｌ－Ｊ）势函数和库伦定律计算：??ｎ?ｎ?＼ｒ?Ｖ２?（?Ｖ＇??ｆ／?＝Ｍｚ＋４＾?（３－１）??＇Ｊ??式中，中，必为原子／的电荷量，ｑ是原子／与／之间的距离，（Ｔｙ和印表示原子ｆ和原子??Ｊ之间互相作用的尺度参数和能量参数。表３－１给出了每种原子的所有势能参数和电荷。??根据Ｌ
本文编号：2950586
【文章来源】：东北电力大学吉林省
【文章页数】：59 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２－１二维系统中边界处粒子运动及受力的计算方式示意图??如图２－］中在中央的盒子Ｅ代表模拟系统，其周围的盒子与模拟系统具有相同粒子的??１０??
?常用的半经验势进行介绍。??２．５．１?Ｌｅｎｎａｒｄ－Ｊｏｎｅｓ（Ｌ—Ｊ）势??Ｌｅｎｎａｒｄ－Ｊｏｎｅｓ?（Ｌ一Ｊ）?［５５］势函数的表达式为：??Ｅｕ｛ｒ）?＝?ｓ?（２－２１）??ｒ?ｒ??式中Ａ？—原子对质心之间的距离；??Ｅ—势能参数（阱深）；??ｒ０一尺度参数（反映原子本身大小）。??式中中括号内正的部分是排斥势，负的部分是吸引势。一般在对气体分子进行模拟计??算时，取ｍ＝１２，ｎ＝６，此时Ｌ－Ｊ势中引力势能、斥力与总势能随原子间距离ａ？的变化曲线??如图２－２所示。图２－２中可以看出随原子之间距离的增加，斥力逐渐降低，引力逐渐增减，??最终在ｒ较大时合力表现出引力。??一?＼?＼?°?Ｒｅｐｕｌｓｉｖｅ?ｔｅｒｍ??ｋｆ?＼?＼?°?Ｇｒａｖｉｔａｔｉｏｎａｌ?ｔｅｒｍ??＾?＼?＾—?Ｎｅｔ?ｆｏｒｃｅ?ｔｅｒｍ??＾?一???？?＾??ｓ０??ｎ／＼??图２－２?Ｌ－Ｊ势中引力势能、斥力势能及总势能随原子核之间距离ｒ的变化曲线??２＿５．２?Ｍｏｒｓｅ?势??Ｍｏｒｓｅ在１９２９年提出了?Ｍｏｒｓｅ势【５６］函数：??Ｅ?（ｒ）?＝?ｆｉｅｘｐ［－２ａ（—？－ｌ）］－２ｅｘｐｈａ（＾－ｌ）］［＞?（２－２２）??［?＾０?ｒｏ?Ｊ??当式中ｅ，＾确定时，有且仅有一个参量ａ可变。ａ控制了势阱的宽度，ａ越小，势??阱越深。随后为解决此势函数不能准确反映过渡金属中共价键的问题，逐渐发展出多体互??相作用的势函数。??２．５．３多体势??Ｄａｗ和Ｂａｓｋｅｓ合作建立ＥＡＭ势函数［５７］，在ＥＡＭ势函数表达式中，粒子系统总能量??１５??
?东北电力大学工学硕士学位论文???第３章电场作用下含离子液滴对的聚并与分离特性??电场对含离子液滴的聚并与断裂过程有着非常重要的影响，本章通过施加不同强度、??不同形式的电场，探宄含离子液滴在电场中聚并与断裂的运动特性，并且通过分析液滴变??形度、锥角、ｓｈｒｉｎｋａｇｅ函数等参数和粒子的微观运动的变化规律，揭示含离子液滴在电场??作下发生用聚并与断裂的微观机理。??３．１模拟细节??模拟系统的初始模型如图３－１所示。本文将浓度为０．４３９４Ｍ的两个氯化钠液滴（在每??个液滴中均含有２０００个水分子与２０个Ｎａ＋离子，２０个Ｃｌ－离子）对称地放置在充满１２００??个氮分子的模拟盒（２８Ｘ７０Ｘ２８ｎｍ３）中央。两液滴质心之间的初始距离为８．０ｎｍ。为了更??加清楚地展示两液滴相互作用及运动关系，左侧液滴１用红色表示，右侧液滴２用绿色表??示。水分子的势能模型采用常用于研究水分子的润湿行为和其他现象的ＳＰＣ／Ｅ模型水??分子、离子与氮气分子等之间的相互作用由短程范德华相互作用和长程静电相互作用组??成。本文利用经典的Ｌｅｎｎａｒｄ－Ｊｏｎｅｓ?（Ｌ－Ｊ）势模拟了包括斥力和色散力在内的短程范德华相??互作用，而静电相互作用则采用库仑定律来模拟，Ｎａ＋、Ｃｌ＿离子和Ｎ２分子的作用力由短程??范德华力和长程库伦力组成，由经典的（Ｌ－Ｊ）势函数和库伦定律计算：??ｎ?ｎ?＼ｒ?Ｖ２?（?Ｖ＇??ｆ／?＝Ｍｚ＋４＾?（３－１）??＇Ｊ??式中，中，必为原子／的电荷量，ｑ是原子／与／之间的距离，（Ｔｙ和印表示原子ｆ和原子??Ｊ之间互相作用的尺度参数和能量参数。表３－１给出了每种原子的所有势能参数和电荷。??根据Ｌ
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