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分散相液滴碰撞聚结行为的实验和数值模拟研究

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分散相液滴碰撞聚结行为的实验和数值模拟研究

作者：王艺婷中国计量大学

学位级别：硕士

分散相液滴的碰撞聚结在石油化工、生物医疗等领域具有广泛应用。目前分散相液滴碰撞聚结的数值模拟研究主要关注于分散相油滴在水相中的聚结,各种物性参数、控制参数对聚结时间的宏观影响;实验方面也大都是依靠电场力、磁场力等外力驱... 详细信息

分散相液滴的碰撞聚结在石油化工、生物医疗等领域具有广泛应用。目前分散相液滴碰撞聚结的数值模拟研究主要关注于分散相油滴在水相中的聚结,各种物性参数、控制参数对聚结时间的宏观影响;实验方面也大都是依靠电场力、磁场力等外力驱动。而关于分散相液滴在油相中碰撞聚结的微观机理研究还有进一步探究的空间。本文基于液滴碰撞实验平台以及Open FOAM开源计算平台开展了分散相液滴在油相中碰撞的实验与数值模拟研究,为进一步理解液滴碰撞聚结行为奠定理论基础,为实际工程应用提供指导建议。具体的研究工作可分为以下两部分:一、基于分散相液滴在油相中的碰撞机理设计并搭建了配有高速摄像装置的液滴碰撞实验平台,宏观的研究了液滴在不同工况条件下的碰撞模态以及油相物性参数、液滴尺寸比、碰撞参数对碰撞聚结的影响。实验结果表明:（1）在型号为PMX-200 5的硅油中,液滴在不同的工况条件下碰撞会出现滑移分离、立即聚结和拉伸聚结三种变化模态,并对三种模态进行了分析;（2）在较高的油相粘度和界面张力下,液滴变形量明显下降,液滴聚结时间缩短;液滴尺寸比增大,液滴的轴向形变量减小,液滴聚结速率增快;当碰撞参数增大时,液滴聚结时间增加。二、基于Open FOAM开源计算软件,利用流体体积法（Volume of Fluid method,VOF）追踪水油两相界面,通过对比文献中数值模拟和实验的结果验证了本文所使用的数值模型的准确性,并从微观角度分析了分散相液滴在不同油相中的碰撞,以及物性参数和工况参数对碰撞过程和聚结时间的影响。结果表明:（1）在油相粘度和界面张力相互制约的作用下,液滴油膜厚度曲线的规律是非单调的,当相互制约的作用增大时,液滴的变形被抑制;（2）在物性参数的影响中,水油界面张力占主导,从而通过控制液滴的变形来提高聚结效率;（3）对于不等尺寸的液滴碰撞,碰撞复合体整体上移,且液滴两侧的涡旋增大,促进液滴排油;液滴在不同初始直径下有相似的变形过程;随着碰撞参数的增加,液滴两侧的速度矢量更密集,从而使液滴变形的程度增强;（4）基于对心碰撞的聚结时间,获得了关于韦伯数（Weber number,We）和雷诺数（Reynolds number,Re）的聚结时间拟合公式。

关键词：分散相液滴液滴碰撞控制参数物性参数碰撞聚结

油水乳状液中水滴在疏水纤维丝上的聚结实验研究

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天津大学学报（自然科学与工程技术版） 2018年第3期51卷 271-277页

作者：刘丽艳侯立飞谭蔚朱国瑞唐国武天津大学化工学院天津300350 山东师范大学化学化工与材料学院济南250014

采用自行设计的微通道纤维聚结装置和高速摄影系统测试油水乳状液中水滴在纤维丝表面被拦截、聚结和分离的过程.实验发现油水乳状液中水滴的碰撞合并过程存在3类:纤维丝捕获的水滴与油-水乳状液中水滴的合并、被纤维丝捕获的水滴之间的... 详细信息

采用自行设计的微通道纤维聚结装置和高速摄影系统测试油水乳状液中水滴在纤维丝表面被拦截、聚结和分离的过程.实验发现油水乳状液中水滴的碰撞合并过程存在3类:纤维丝捕获的水滴与油-水乳状液中水滴的合并、被纤维丝捕获的水滴之间的合并、乳状液中水滴间的合并.实验研究了油-水乳状液初始含水量、流动速度对纤维丝聚结器压力降和分离效率的影响.结果表明,在其他条件相同的情况下,油-水乳状液初始含水量越低、流动速度越小,分离效果越好,实验中流速为1,mm/s、初始含水量为3%,时,分离效率可达60%,.通过显微镜分析了纤维丝聚结器入口、中间以及出口处纤维床层上的水滴形貌,发现在聚结器出口处水滴直径最大,说明脱离纤维丝的水滴可能被再次捕获,继续发生碰撞聚结.

关键词：疏水纤维油-水乳状液碰撞聚结分离效率

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基于聚结技术的餐饮废水油水分离研究

安全与环境学报 2013年第4期13卷 45-49页

作者：曹书翰陈立功刘先杰向硕王丹后勤工程学院军事油料应用与管理工程系重庆401311 重庆市环卫控股(集团)有限公司重庆401311

从聚结材料的湿润聚结和碰撞聚结原理出发,研究了聚结法处理餐饮废水的技术。优选了不同形态聚结材料的除油技术,开发出适用于餐饮废水的两段式除油工艺,并考察了该工艺的除油效果。结果表明,在45℃、进水含油量约为350 mg/L、进水流量... 详细信息

从聚结材料的湿润聚结和碰撞聚结原理出发,研究了聚结法处理餐饮废水的技术。优选了不同形态聚结材料的除油技术,开发出适用于餐饮废水的两段式除油工艺,并考察了该工艺的除油效果。结果表明,在45℃、进水含油量约为350 mg/L、进水流量约为100 h/L的条件下,组合工艺的油水分离率可以达到90%以上,其中,亲油性聚结材料比疏油性聚结材料有更好的聚结除油效果。在粒状聚结材料中,珍珠棉的除油效果好于石英砂,径粒以4~5mm为宜;在纤维状聚结材料中,聚丙烯板的除油效果优于玻璃钢板,倾斜角度以15°左右为宜。

关键词：环境工程学废水处理餐饮废水湿润聚结碰撞聚结材料优选组合工艺除油率

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粗粒化技术处理含油废水试验研究

粗粒化技术处理含油废水试验研究

作者：张小艳武汉理工大学

学位级别：硕士

目前，我国大部分油田已进入石油开采的中期和后期，原油含水率达70～80％，有的油田甚至高达90％。油水分离产生大量的含油污水，如不经处理直接排放，会对环境造成污染危害，严重时将威胁人民的生命安全，造成经济损失。因此，开发适... 详细信息

目前，我国大部分油田已进入石油开采的中期和后期，原油含水率达70～80％，有的油田甚至高达90％。油水分离产生大量的含油污水，如不经处理直接排放，会对环境造成污染危害，严重时将威胁人民的生命安全，造成经济损失。因此，开发适合我国油田实际情况、高效经济的污水处理及回用技术已成为油田污水处理站改造和新建的重要问题。利用粗粒化方法对含油废水进行一级处理，可以大大降低含油量，再进行二级处理和深度处理，能使油份及各项指标达到低渗透油藏对回注水水质的要求。本课题通过粗粒化材料的确定、反应器的选型的对比实验，发现疏油性陶瓷填料的粗粒化性能明显优于其他材料，并且陶瓷填料堆积式粗粒化反应器的除油率高于斜板式反应器，且有效周期也要明显较长。根据实验结果，探讨分析了聚结反应机理及其动力学，得出当聚结机理为润湿聚结和碰撞聚结同时作用时，聚结效率可得到大幅度的提高的结论，并提出聚结填料的表面性质和空间构成是影响聚结效率的重要因素。为了更清楚的了解粗粒化技术，本课题进行了影响因素的试验。结果表明，1～3mm的填料粒径可得到较好的粗粒化效果;碱性、高温有利于聚结;上向流更有利于粗粒化;在流速为6m／h时，可得到较好的粗粒化效果。结合试验确定的参数，设计了内循环连续流粗粒化反应器。通过实验室试验和油田现场试验得出，该反应器在选用1.6～3mm的疏油性陶瓷填料，上升流速为6m／h时，油份去除率高达80％，且持续12个小时以上。另外，将整个填料层反冲洗干净的时间约为20min，单独反冲洗有效粗粒化填料层的时间为5～8min。与传统的粗粒化装置相比，这种装置具有截污量大，周期长，反洗水耗小等特点。该装置处理过的油田水大大降低了含油量，减轻了后续工艺的负荷，能够满足低渗透油藏对回注水水质提出的更高要求。

关键词：油田废水碰撞聚结粗粒化内循环连续流

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油水过滤分离新方法

油气田地面工程 2009年第7期28卷 79-79页

作者：杨庆忠大庆油田有限责任公司工程造价管理中心

改性纤维球过滤器适合取代现有压力式滤罐,其对进水水质要求不高,过滤精度较高;碰撞聚结式油水分离器可彻底更换现有的两级沉降一级过滤污水处理工艺流程,一次性投资少,运行费用低。

关键词：含油污水改性纤维球碰撞聚结沉降过滤