基于油水乳化液破乳的水击谐波特性研究

发布时间：2016-10-08 07:11

第1章 绪论

目前，W/O 乳化液的破乳方法主要包括化学破乳法、生物破乳法和多种物理破乳法。生物破乳法的成本不高，操作简单，并且所产生的破乳剂不会对环境造成污染，还可以进行降解，但培养一株具有能破乳特定乳化液的菌种需要的时间周期太长和培养条件困难。化学破乳法剂的针对性很强，一般一种化学破乳剂只对特定的乳化液存在破乳效果，若想对其他不同环境下的乳化液具有破乳效果，需要重新配置新的乳化剂，这无疑会对破乳工作增加不少工作量。物理破乳法主要包括重力离心破乳方法、研磨破乳法等，这些破乳法如膜润湿聚结破乳方法的破乳原材料难于获取，且都或多或少的需要消耗能源来达到破乳的效果。水击谐波破乳是利用在某种装置或管道中产生的水击谐波的场能进行破乳的，处于水击谐波中的乳化液的分散相会受到一些诸如重力和水击谐波场产生的力的作用，促使分散相之间相互接近后聚集成大液滴，最后从油液中沉降分离出来[3]。产生水击的原因众多，主要包括流体受到外力作用的影响和流体的流速发生变化等。

...

第2章 液压换向阀内水击谐波场的数值模拟

2.1 数学模型的建立

水滴加速度的计算需要分析它所受的作用力。水滴所受的作用力包括其内部应力和油水两相间的作用力，，由于水滴含量较低其内部应力可忽略，相间作用力有黏性阻力、附加质量力、Basset 力、Magus 升力、Saffman 升力等[61]。为了便于计算，可以将 Magus 升力和 Saffman 升力忽略[62]。同时，附加质量力和 Basset 力也常在计算中被忽略。因此，本文在计算水滴所受作用力为相间的黏性阻力和水滴受到压力梯度引起的压差力的作用。可求得水滴加速度。 

2.2 液压阀内流场的数值计算方法

本文选用具有强大的网格支持能力的流体分析的 CFD 软件 Fluent 进行换向阀内流场的数字计算。Fluent 的功能非常强大，被广泛的使用到许多领域。用户可以根据自身的需求和所计算的流体的物理特性选择 Fluent 的各种离散格式及所需的求解法。根据自身的需求选择计算精度为单精度或者是双精度的计算，为了使计算的精确性最高，需要设置影响软件的计算速度和稳定性等参数，使得计算达到最优水平。同时 Fluent 还具有强大的后处理功能，不仅可以得到流场中压力、速度、温度等各种变量的变化云图，还能得到速度等变量的矢量图及流线图，可以根据自身的需求设置截面，得到该截面上的一些变量的结果图。通过设置监视窗口，可以在线的监测所求变量的变化情况，并且还能够生成文字形式的报告。

第 3 章  油水乳化液破乳的水击谐波特性实验研究 ................... 29 

3.1 水击谐波激振实验平台搭建 ................ 29 
3.2 水击谐波特性的实验测试 ............. 35 
3.3 水击谐波特性的分析 .............. 35 
3.4 本章小结 ............ 58 
第 4 章  水击谐波破乳影响因素及其优化分析 ............... 60 
4.1 影响因素对破乳效果的分析............ 60 
4.2 水击谐波破乳优化分析 ........... 63 
4.3 本章小结 ............. 67 
第 5 章  结论与展望...... 68 
5.1 结论 ................... 68 
5.2 展望 ........... 69

第4章 水击谐波破乳影响因素及其优化分析 

4.1 影响因素对破乳效果的分析 

为了分析研究激振发生装置各输出因素即信号发生器的输出频率、信号发生器的输出电压功率放大器的输出电流三个因素对油水乳化液的破乳效果的影响，应当保持固定其他因素，改变被考察的因素进行实验研究。在下面的所有因素对破乳效果的影响的研究中，全部都是在保持另外两个因素不变，而只是改变被考察因素的情况下进行的研究。 根据多次试验测试看出，当信号发生器的输出频率为 0~500Hz 时，水击谐波发生装置中的水击现象比较明显。为了便于直观分析，根据多次反复实验测试，先固定的因素为：信号发生器的输出电压为 5V，功率放大器输出电流为 4A。而后选取输出频率为100Hz、200Hz、300Hz、400Hz、500Hz 进行实验测试。输出频率对脱水率的影响如图4.1 所示。 

4.2 水击谐波破乳优化分析

如图 4.4 所示，在信号发生器的输出频率为 350Hz 时，乳化液的脱水率为 61.14%，信号发生器的输出频率为 400Hz 时，乳化液的脱水率为 60.36%，随着信号发生器的输出频率的增大脱水率是逐渐降低的，在信号发生器的输出频率为 450Hz 时，乳化液的脱水率反而增加至 62.07%。分析原因是随着信号发生器的输出频率的增加，水击谐波发生装置中的水击谐波现象减弱，影响脱水率进而影响破乳效果，当频率继续增大时，水击谐波发生装置中的水击谐波的频率也增大，有利于破乳，故脱水率又呈现上升的趋势。由图 4.5 可以看出，信号发生器输出电压在 8V 到 9V 的过程中，随着电压值的增加，乳化液的水率也逐渐增大。原因是随着信号发生器输出电压的增加，激振发生装置作用在乳化液的作用力也随之增大，水击谐波发生装置中的水击谐波现象越来越明显，破乳效果也更加明显。但当信号发生器输出电压增至 10V 时，乳化液的脱水率却反而减少了，说明乳化液在信号发生器输出电压为 9V 的时候乳化液的脱水率已经达到了最大值，随着电压值的增加，虽然激振发生装置作用在乳化液的作用力增大了，水击谐波现象也有更加明显，但此时的脱水率已经达到了极限状态。在图 4.6 中，随着功率放大器输出电流值的增大，乳化液的脱水呈现先上升后降低的趋势，原因与信号发生器输出电压值变化的原因一致。

.......

第5章 结论与展望

5.1 结论

为了研究水击谐波破乳过程中的水击谐波特性，本文通过数值模拟和实验研究两种方法，分别对换向阀开口度一定，改变阀中乳化液流量时和构建的水击谐波激振实验平台产生的用于油水乳化液破乳的水击谐波的特性进行了分析，并利用水击谐波激振实验对影响水击谐波破乳效果的因素进行了深入分析，同时进行了水击谐波破乳优化分析，获得以下结论：1、建立了液压换向阀内油水乳化液的代数滑移混合数学模型，并用 Fluent 软件进行数值模拟计算，得到：（1）当乳化液流经换向阀阀腔入口时，水相的体积分数变大；当乳化液流入阀腔后会发生旋转流动，在阀腔内，水相的体积分数由阀腔的内壁向外壁呈逐渐加大的变化，水相具有向阀腔外壁流动聚结的现象；当乳化液从阀腔出口流入进油口管道后，水相的体积分数基本不变，也出现聚结现象，且聚结的水相逐渐向通道壁流动；当乳化液流经出油口时，水相聚结在出油口的内壁一侧处。

5.2 展望

油水乳化液的破乳研究是一项任重而道远的任务，在各种破乳方法创新和发展的同时，水击谐波破乳法作为一种绿色、节能的破乳法，还需要对水击谐波发生装置的结构和设计进行更加深入的研究，并对实验装置平台做进一步的优化改进，将水击谐波破乳法推广到工业破乳的应用中去。

........

参考文献（略）

本文编号：133367