W/O乳化液破乳方法及机理研究

综述了W/O型乳化液的破乳机理,归纳了各种破乳方法的优缺点,重点分析了物理破乳过程中分散相液滴的受力以及液滴的变形、破裂的临界条件,通过对分散相液滴的受力以及在各种力作用下的变形分析,总结出乳化液分散相液滴的运动和聚集规律。     

T-型微流控通道中微液滴形成机制的CFD模拟

采用计算流体力学(CFD)方法,对宽型微米级T-型微通道中微液滴形成机制进行了数值模拟。通过与已有文献实验结果的对比,证明了数值模拟的准确性;发现液滴在微通道中的形成过程可分为液滴形成和成长、液滴与分散相的脱离和液滴从通道壁的脱落3个阶段。首次系统分析了通道壁的润湿性对液滴形成的影响,发现当分散相在通道壁上的接触角小于90°时,才能形成微液滴;通道壁越疏分散相,微液滴越容易形成,并且从通道壁上脱离的时间也越短。通过分别改变连续相的黏度、流速以及两相间界面张力,研究了毛细准数Ca对微液滴的形成机制及液滴大小的影响。发现在T-型通道中能形成液滴的范围内,Ca越大,则形成的微液滴体积越小;当Ca大于0.067时,微液滴的直径与连续相Ca的倒数之间存在明显的线性关系。     

环己烷/水乳状液的超声破乳

为排除污油等复杂乳化液中的杂质干扰,采用单一组分方法,制备不同体系的环己烷/水乳状液,研究超声在乳状液中的破乳作用,考察超声声强、超声频率、超声辐照时间对乳状液破乳的影响.结果表明:乳状液的初始水含量对超声破乳效果有影响,初始水含量越低,破乳效果越好;超声声强的改变直接影响乳状液分散相液滴的凝聚和发散,超声破乳的声强应在空化临界阈值以下,以0.66 W/cm2最佳;超声辐照时间为6 min,超声频率为20 kHz时破乳效果达到最好.     

气液旋流器的分离性能

旋流器内气液两相的分离过程是液滴离心沉降和碰撞聚结、破碎的复合过程.对液滴的聚结、破碎机制进行分析,试验验证液相物性、流场强度对液滴聚结、破碎以及旋流器分离性能的影响.结果表明:液相黏度对涡流场中液滴的破碎影响很大,黏度增大分离效率上升;湍流强度是导致旋流场液滴破碎的主动力,当流量达到一定值时,高湍流强度导致液滴破碎,分离效率随流量上升开始急剧下降;液滴聚结、破碎过程对分离器压力降影响不大.     

基于水平集方法的共轴流型液滴形态关键参数研究

采用水平集方法对共轴流形的液滴成形进行计算和研究.以液-液两相流为研究对象，离散相为石蜡和庚烷混合物，连续相为纯水溶液.对离散相液体的进样速度、黏度和进样孔径大小分别进行了计算分析.离散相液体分别以15 ~ 48mm/s的速度进入半径1mm的圆孔通道，随着流速增大，喷射高度变长，周期规律性降低.同时提高离散相溶液的黏度可以有效降低液滴张力与拖曳力之间的作用时间，增大液滴生成频率和改善液滴均匀性.孔径大小直接影响进样口层流的入口速度，缩小孔径将使进样流速变化剧烈，挤压后的液滴生成尺寸相对较小.     

气体搅拌萃取塔有机分散相滞液率的计算

研究了在气体搅拌筛板萃取塔中，空气-蒽醌工作液-水三相体系的流体力学性能，讨论了气相、有机分散相和连续相表观流速对有机分散相滞液率的影响．结果表明，当气相表观流速和有机分散相表观流速增大时，有机分散相滞液率均增大，而连续相表观流速对有机分散相滞液率没有影响．在有机分散相相对于连续相的相对速度计算公式的基础上，提出了计算有机分散相滞液率的方法．用该方法计算了文中实验物系和文献中提到的气-液-液三相或液-液两相体系的有机分散相滞液率，计算结果与相应实验及文献数据符合良好，相对偏差范围为4．9％～15．5％．     

匀强电场下分散相液滴的聚并

为了探究运行参数对分散相液滴的运动、聚并过程的影响,采用VOF(volume of fluid)方法捕捉分散相与连续相的流体间界面,利用漏电介质模型模拟均匀静电场,研究了电场强度、液滴粒径、液滴表面间距和液滴相对位置(液滴中心连线与电场强度方向夹角)对处于均匀电场中离散相多液滴聚并行为的影响,通过理论分析了液滴聚并过程影响因素,并与数值计算结论进行了对比.结果表明:分散相液滴聚并效率与电场强度、液滴粒径比、液滴表面间距以及液滴的相对位置有关;随着电场强度的增加,液滴的聚并效率显著增强;随着液滴表面间距以及液滴相对角度的增大,聚并效率有所降低;液滴粒径比对聚并效率亦产生影响,当液滴粒径差距较大时,液滴的聚并效率有所降低;电场强度对聚并过程的影响较为复杂,当外加电场强度持续增大时,液滴难以发生聚并,液滴被拉长后产生破碎或者弹开现象,存在阻碍液滴聚并的临界场强.     

运用分散相粒径大小及分布评价油水乳化液的剪切破乳效果

为了有效地评价油水乳化液的破乳效果,提出一种新方法,即通过微距数码相机离线拍摄乳化液微观图像,经图像处理及相关统计算法来分析分散相液滴的粒径大小及分布,由此判别乳化液的乳化或破乳效果。实验表明,该方法能有效地反映乳化或破乳过程。     

伴随相变的不互溶二元液体混合物的传热 (二)流动传热实验研究

本文以环已烷为分散相、水为连续相进行了不互溶二元液体混合物的流动传热实验:分析了传热机理;关联了实验数据。对于伴随相变化的不互溶二元液体混合物的流动传热过程。从传热机理上可将其分为四个不同的传热区域。即:液—液、汽—液—液、无相变汽—液和汽—液沸腾四个区域。在汽—液—液区域内,分散相液滴的相变化仅仅起到对连续相加剧湍动的作用,而相变化本身对多相流与壁面的传热无影响.在对单一液滴在另一与之不互溶的连续相中的流体力学及相变过程研究的基础上,本文着重对汽—液—液和无相变汽—液区域内的传热系数进行了无因次数群关联.经验关联式的计算值能够与实验值较好地吻合。     

液滴撞击固体表面过程的实验研究

对液滴撞击固体表面的过程进行实验研究,考察液滴的物性和操作条件对撞击过程的影响,结果表明：随着液滴黏度的增加、或表面张力系数的增大、或撞击速度的减小,液滴的铺展直径、铺展速度和铺展面积均减小;液滴的能量在黏性中的耗散主要发生在撞击的初始阶段,随着液滴黏度的增加、或表面张力系数的减小、或撞击速度的增大,黏性耗散的速率均增加。本文得到的关于液滴雷诺数和韦伯数的关联式可用于预测液滴的最大铺展直径和最大铺展面积。     

球磨-酯化复合改性槟榔芋淀粉对Pickering乳液形成的影响

为了提高淀粉颗粒的乳化能力,以球磨-酯化复合改性槟榔芋淀粉为颗粒乳化剂,大豆油为油相,制备水包油型Pickering乳液。采用激光粒度仪、研究级正置显微镜、流变仪等对Pickering乳液外观、液滴粒径、显微形态及动态流变特性进行表征,考察淀粉颗粒质量浓度(1、5、10、20、30mg/mL)和油相体积分数(10%、20%、30%、40%、50%)对乳液稳定性和流变特性的影响。研究发现:增加颗粒质量浓度导致乳化相体积增加,液滴粒径减小;随着油相体积分数的增加,乳化相体积增加,液滴粒径增大。当颗粒质量浓度为20mg/mL,油相体积分数为40%时,乳液的乳析现象明显改善。球磨-酯化复合改性槟榔芋淀粉颗粒吸附在油/水界面,有效抵抗了液滴聚结,使乳液在储存30d后仍表现出良好的稳定性。流变特性表明:乳液内部存在弹性凝胶网络结构,随着颗粒质量浓度和油相体积分数的增加,液滴间堆积变得更紧密,从而增加了乳液黏度和凝胶强度,使其抵抗形变能力增强。球磨-酯化复合改性槟榔芋淀粉颗粒具有良好的作为Pickering乳液稳定剂的潜力。     

T形微流控芯片液滴成形与细胞封装的理论

连续相与离散相的速度取值是影响T形微流控芯片产生液滴的关键因素.细胞在T形微流通道的液滴包裹和细胞封装成为基因测序的研究热点,因此本文结合水平集与流体动力学方法,分析了液滴尺寸与红细胞封装的动态输运问题.在离散相和连续相通道宽度分别为50μm和80μm的T形微流控芯片内部,以水和正十二烷油为目标溶液进行计算仿真.计算结果表明水溶液初始速度0.012m/s,表面张力5mN/m,接触角165°时,毛细数C_a从0.008增大至0.1,会使液滴的尺寸降低,液滴成形频率加快.同时,黏滞力大于两相流表面张力会导致直径5μm红细胞的封装效率变低,使其紧贴通道墙壁作直线运动.     

CFX4.3软件对拦油栅拦油失效的数值模拟

使用CFX4.3商用计算流体力学CFD软件数值模拟了两种拦油栅拦油失效的情形.结果表明,低粘度的油类在水流速度超过某一临界值时发生了油层流失失效;高粘度的油类在水流速度超过某一临界值时发生了临界累积失效.模拟结果与已有的文献结果相一致.文中还探讨了油-水表面张力系数对拦油栅拦油失效的影响.通过数值计算比较,发现实际的油-水表面张力系数(0.05N/m以下)对拦油栅拦油失效影响很小.在目前的条件下,应用CFX4.3软件计算得到的结果尚不能很好地显示油滴夹带失效现象,有待进一步研究.     

微流控芯片通道壁面润湿性对微滴生成的影响

液滴微流控中芯片微通道的壁面润湿性是决定微滴生成的重要因素之一。为研究环烯烃共聚物芯片微通道表面润湿性对通道内微滴生成以及流体流动行为的影响,利用流体体积(volume of fluid, VOF)模型对聚焦流微通道中水和氟油两相流动行为进行数值模拟,并制备了接触角为30°、90°、120°梯度下的芯片微通道壁面开展实验研究,模拟与实验吻合良好。结果表明:在固定物性和结构参数下,壁面润湿性越弱,油包水微滴越容易形成,壁面的减阻特性随之增强,并且壁面的减阻特性导致90°比120°时微滴的生成频率低29.3%,直径增大8.3%;随着润湿性的增强,水相相对于氟油相的界面由凸变凹,30°时芯片生成微滴由油包水变成水包油;随着连续相毛细数(Ca)的升高,壁面润湿性对微滴生成的影响减小。     

改性树脂处理乳化油废水及其破乳机理

为了对改性树脂的破乳效果和相关机理进行研究,采用四丁基溴化铵和十六烷基三甲基溴化铵改性离子交换树脂制备新型填料用于乳化油废水处理.实验结果表明,在相同操作条件下,改性树脂的除油能力明显高于未改性树脂.通过测量油滴的Zeta电位和粒径分布研究了改性树脂的破乳机理,证明表面活性剂能显著影响油滴的Zeta电位,进而增强了破乳效率.     

油滴与深油膜正碰撞的动力学分析

为揭示航空发动机轴承腔中润滑油滴与壁面油膜的碰撞特性,采用VOF方法建立了油滴与深油膜正碰撞的三维数值分析模型.通过数值计算,分析了油滴与深油膜正碰撞后溅射油膜与空腔的形貌演化与流动铺展过程,以及二次油滴的初始特性;探讨了油滴直径和碰撞速度对碰撞结果的影响.结果表明:碰撞形成的溅射油膜以油滴接触点为中心向外铺展,最终发展为冠状油膜,其间伴随有大量尺寸各异的二次油滴产生;油膜内部形成的空腔近似空间半球形状,二次油滴的直径呈对数正态分布;随着油滴直径和碰撞速度的增大,油冠高度、空腔深度和直径均增大;二次油滴直径分布区间随着油滴直径的增大和碰撞速度的减小而更加分散.与相关试验结果进行对比,验证了提出的数值分析模型的正确性与可靠性.     

影响乳化重油粘度因素的实验研究

乳化重油的粘度变化对重油掺水乳化燃烧技术的应用效果有很大影响 对粘度变化的影响因素进行了系统的实验研究 实验发现 :乳化重油的粘度与其温度、掺水率有关 ,随温度的升高而降低 ,随掺水率的增加而增加 ;对机械乳化的乳化重油 ,其粘度随搅拌速度的增大和搅拌时间的延长而有所增加 ,从而从实验方面论证了粘度增加的本质与能量观点的一致性 ;并且验证和推广了前人提出的经验公式 ,得出了新的实验公式 图 5 ,表 2 ,参 8     

直流电场下O/W体系中油滴的迁移行为及油水分离效果研究

首先利用电化学工作站和生物显微镜研究了直流电场下水包油（O/W）乳化体系中油滴的迁移行为,然后分析了电场强度、油滴粒径等因素对油滴迁移行为的影响规律,结果表明：直流电场下,油滴会发生定向迁移,但迁移过程中不会发生聚并;油滴迁移速率随着电场强度的增大而增大,随着平均粒径的减小而变小。直流电场可破坏油滴表面稳定的电荷结构,导致油滴表面电荷分布不均,从而促使油滴在电场中发生定向迁移,并在阳极表面发生破乳、聚并,实现与水相的分离。最后,对直流电场作用下乳化含油体系的油水分离效果进行了实验验证,结果表明,对初始含油量为89.2 mg/L的模拟乳化废水而言,在一定条件下进行处理后,其出水含油量低于5 mg/L,除油率高达95.3%。