一种电场作用下油中水滴微观特征的实验系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种电场作用下油中水滴微观特征的实验系统，包括基座、纵向滑块、横向滑块、高速摄像仪、光学镜头、控温样槽部、光源部；控温样槽部包括支架及样槽装置，样槽装置包括有机玻璃骨架；有机玻璃骨架内部设置热媒加热通道。利用热媒加热通道达到热媒与实验样槽内流体进行热量交换的目的，从而为电场作用下液滴的运移、变形、破裂、聚集与聚并等微观行为规律的研究提供温度可变可控的条件。本发明专利技术还公开了一种电场作用下油中水滴微观特征的实验系统的实验方法，通过改变电场参数、油水物理性质以及实验样槽内的实验温度，得到电场参数、油水物理性质以及实验温度对油中水滴微观瞬态演变特征的影响规律。

An experimental system and method for microscopic characteristics of droplets in oil under electric field

The invention discloses an experimental system for microscopic characteristics of water droplets in oil under the action of electric field, including a base, a longitudinal slider, a transverse slider, a high-speed camera, an optical lens, a temperature-controlled sample groove and a light source part, a temperature-controlled sample groove part including a bracket and a sample groove device, a sample groove device including a plexiglass framework, and an inner plexiglass framework. Heat medium heating channel is set up. The heat transfer between the heat medium and the fluid in the experimental sample tank can be achieved by using the heat medium heating channel, which provides a controllable and variable temperature condition for the study of the microscopic behavior of droplet movement, deformation, rupture, aggregation and coalescence under the action of electric field. The invention also discloses an experimental method of an experimental system for the microscopic characteristics of water droplets in oil under the action of an electric field. By changing the electric field parameters, the physical properties of oil and water and the experimental temperature in the experimental sample tank, the influences of the electric field parameters, the physical properties of oil and water and the experimental temperature on the microscopic transient evolution characteristics of water droplets in oil are obtained.

【技术实现步骤摘要】
一种电场作用下油中水滴微观特征的实验系统及方法
本专利技术属于油气集输系统多相分离
，具体涉及一种电场作用下油中水滴微观特征的实验系统及方法，用于在温度可变可控的条件下研究电场作用下油中水滴的运移、变形、破裂、聚集与聚并等微观特征。
技术介绍
原油中的天然乳化剂和开采时加入的表面活性剂吸附在油水界面，形成具有一定强度的粘弹性膜，给分散水滴的聚并造成了动力学障碍，使得传统的重力沉降无法有效地进行油水分离，导致整个集输系统无法正常运行。利用电场可强化油中水滴的变形、运动及聚并，提高水滴的碰撞强度及频率，缩短水滴间油膜排液时间，从而加速油水分离。其基本原理是在高压直流或交流电场中，油中水滴受电场的极化和静电感应，使水滴两端带上异性电荷，形成诱导偶极，相邻水滴的正负偶极相互吸引，进而相互碰撞，聚并成大水滴，从而提高油水分离效率。但该过程受内外相流体粘度和界面膜性质等的影响显著，而粘度和界面膜性质又与温度密切相关。温度对多相分离影响显著。提高乳状液的温度，一方面可以增加乳化剂的溶解度，降低其在相界面上的吸附量，削弱界面膜强度，加速界面膜破裂；另一方面还可以降低外相粘度，强化分子热运动，提高液滴运动速度，进而促进分散相液滴间碰撞过程与液滴的上浮或沉降过程。因此，在考察电场作用下单因素变量对液滴微观行为规律的影响时，需要严格控制实验温度。综上，温度对研究电场作用下液滴微观行为规律至关重要，而准确且符合实际的液滴微观行为规律将有助于优化液滴静电聚结过程所涉及的电场参数、流体性质等。因此，有必要设计一种电场作用下带控温功能的微观实验系统，用于研究电场作用下不同温度条件时分散相液滴的运移、变形、破裂、聚集与聚并等微观特征，以及电场参数、油水的物理化学性质对液滴微观特征的影响规律，为电场破乳技术的理论研究和工业优化提供基础数据。
技术实现思路
本专利技术目的是提供一种电场作用下油中水滴微观特征的实验系统及方法，用于在温度可变可控的条件下研究电场作用下油中液滴的运移、变形、破裂、聚集与聚并等微观特征，为电场破乳技术的理论研究和工业优化提供基础数据。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种电场作用下油中水滴微观特征的实验系统，包括基座、纵向滑块、横向滑块、高速摄像仪、光学镜头、控温样槽部、光源部；所述基座的上表面固定设置纵向限位挡块，所述纵向限位挡块沿基座的宽度方向设置；所述纵向限位挡块左侧面的中部垂直设置纵向丝杠，所述纵向丝杠与纵向限位挡块进行转动连接；所述基座上设有纵向导向装置；所述纵向滑块前侧面的中部设有纵向螺纹孔，所述纵向螺纹孔贯穿纵向滑块的前、后侧面；所述纵向滑块通过纵向螺纹孔与纵向丝杠进行螺纹连接，所述纵向滑块在纵向丝杠的作用下沿纵向导向装置实现在基座上的纵向滑动；所述纵向滑块的右端向上凸起形成横向限位挡块，所述横向限位挡块左侧面的中部垂直设置横向丝杠，所述横向丝杠与横向限位挡块进行转动连接；所述纵向滑块上设有横向导向装置；所述横向滑块前侧面的中部设有横向螺纹孔，所述横向螺纹孔贯穿横向滑块的前、后侧面；所述横向滑块通过横向螺纹孔与横向丝杠进行螺纹连接，所述横向滑块在横向丝杠的作用下沿横向导向装置实现在纵向滑块上的横向滑动；所述横向滑块的上表面上设置方型卡槽；所述横向滑块上表面的右端设有镜头架，所述镜头架上设有弧形卡槽；所述高速摄像仪放置在方型卡槽内；所述高速摄像仪与光学镜头连接，所述光学镜头卡在镜头架上的弧形卡槽内；高速摄像仪还与图像采集计算机相连；所述光源部包括光源固定座、光源、遮光罩；所述光源固定座固定设置在基座上表面的右端，所述光源设置在光源固定座上，所述光源的头部设有遮光罩，所述遮光罩由反光镜制成；所述光源与光学镜头同轴相向设置；所述控温样槽部包括支架及样槽装置，所述支架放置在基座上，所述支架位于光学镜头与光源之间；所述支架上表面上设置样槽卡座；所述样槽装置放置在样槽卡座内，所述样槽装置包括呈U型结构的有机玻璃骨架，所述有机玻璃骨架的前、后侧面固定设置光学玻璃，所述光学玻璃与光学镜头的中心轴线相垂直；所述有机玻璃骨架的内侧面对称设置电极板，所述电极板的外表面包覆绝缘盖板；所述有机玻璃骨架、光学玻璃、绝缘盖板之间的空间为实验样槽；所述有机玻璃骨架内部设置热媒加热通道，所述热媒加热通道呈蛇形管结构；所述有机玻璃骨架的左侧上部设有热媒入口管，所述有机玻璃骨架的右侧上部设有热媒出口管，所述热媒加热通道的两端分别与热媒入口管、热媒出口管联通。优选的，所述纵向导向装置包括平行设置的两根纵向导向柱，两根纵向导向柱对称设置于纵向丝杠的两侧，所述纵向导向柱的一端与纵向限位挡块垂直固定连接；所述纵向滑块的前侧面设有两个纵向导向孔，所述纵向导向孔贯穿纵向滑块的前、后侧面；所述纵向导向柱与纵向导向孔进行滑动配合。优选的，所述纵向导向装置包括平行设置的两根纵向倒梯形导轨，两根纵向倒梯形导轨对称设置于纵向丝杠的两侧，所述纵向倒梯形导轨设置于基座的上表面，所述纵向倒梯形导轨的一端与纵向限位挡块垂直固定连接；所述纵向滑块的底面设有两个纵向燕尾槽，所述纵向燕尾槽贯穿纵向滑块的前、后侧面；所述纵向倒梯形导轨与纵向燕尾槽进行滑动配合。优选的，所述纵向导向装置包括平行设置的两个纵向半圆形凹槽，两个纵向半圆形凹槽对称设置于纵向丝杠的两侧，所述纵向半圆形凹槽设置于基座的前、后侧面；所述纵向滑块底面的两端向下设有滑块，两个滑块的内侧对称设置纵向半圆形凸起；所述纵向半圆形凹槽与纵向半圆形凸起进行滑动配合。优选的，所述横向导向装置包括平行设置的两根横向导向柱，两根横向导向柱对称设置于横向丝杠的两侧，所述横向导向柱的一端与横向限位挡块垂直固定连接；所述横向滑块的前侧面设有两个横向导向孔，所述横向导向孔贯穿横向滑块的前、后侧面；所述横向导向柱与横向导向孔进行滑动配合。优选的，所述横向导向装置包括平行设置的两根横向倒梯形导轨，两根横向倒梯形导轨对称设置于横向丝杠的两侧，所述横向倒梯形导轨设置于纵向滑块的上表面，所述横向倒梯形导轨的一端与横向限位挡块垂直固定连接；所述横向滑块的底面设有两个横向燕尾槽，所述横向燕尾槽贯穿横向滑块的前、后侧面；所述横向倒梯形导轨与横向燕尾槽进行滑动配合。优选的，所述方型卡槽包括四个呈直角结构的第一卡块。优选的，所述支架包括底座以及垂直固定连接于底座两端的支撑板，所述样槽卡座设置在底座上，所述支撑板上设有用于支撑热媒入口管和热媒出口管的支撑卡槽。优选的，所述样槽卡座包括四个呈直角结构的第二卡块。本专利技术提供的电场作用下油中水滴微观特征的实验系统，其实验方法包括以下步骤：步骤一：取适量透明油品，注入到实验样槽，静置以除去连续相中的气泡；步骤二：待气泡消失后，打开光源、高速摄像仪以及图像采集计算机，将光学镜头安装在高速摄像仪上；步骤三：将热媒入口管和热媒出口管连接至外部的加热系统，使加热系统的热媒在热媒入口管、有机玻璃骨架内部的热媒加热通道、热媒出口管以及加热系统之间形成流动的循环加热系统，对实验样槽内的油品进行加热；步骤四：用温度计对实验样槽内油品的温度进行连续测试，根据测试结果调整外部加热系统的温度，直到得到所需要的实验温度；步骤五：实验样槽内油品的温度稳定后，向实验样槽内注入液滴；步骤六：旋转纵向丝杠和横向丝杠以调整高速摄像本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电场作用下油中水滴微观特征的实验系统，其特征是，包括基座、纵向滑块、横向滑块、高速摄像仪、光学镜头、控温样槽部、光源部；所述基座的上表面固定设置纵向限位挡块，所述纵向限位挡块沿基座的宽度方向设置；所述纵向限位挡块左侧面的中部垂直设置纵向丝杠，所述纵向丝杠与纵向限位挡块进行转动连接；所述基座上设有纵向导向装置；所述纵向滑块前侧面的中部设有纵向螺纹孔，所述纵向螺纹孔贯穿纵向滑块的前、后侧面；所述纵向滑块通过纵向螺纹孔与纵向丝杠进行螺纹连接，所述纵向滑块在纵向丝杠的作用下沿纵向导向装置实现在基座上的纵向滑动；所述纵向滑块的右端向上凸起形成横向限位挡块，所述横向限位挡块左侧面的中部垂直设置横向丝杠，所述横向丝杠与横向限位挡块进行转动连接；所述纵向滑块上设有横向导向装置；所述横向滑块前侧面的中部设有横向螺纹孔，所述横向螺纹孔贯穿横向滑块的前、后侧面；所述横向滑块通过横向螺纹孔与横向丝杠进行螺纹连接，所述横向滑块在横向丝杠的作用下沿横向导向装置实现在纵向滑块上的横向滑动；所述横向滑块的上表面上设置方型卡槽；所述横向滑块上表面的右端设有镜头架，所述镜头架上设有弧形卡槽；所述高速摄像仪放置在方型卡槽内；所述高速摄像仪与光学镜头连接，所述光学镜头卡在镜头架上的弧形卡槽内；高速摄像仪还与图像采集计算机相连；所述光源部包括光源固定座、光源、遮光罩；所述光源固定座固定设置在基座上表面的右端，所述光源设置在光源固定座上，所述光源的头部设有遮光罩，所述遮光罩由反光镜制成；所述光源与光学镜头同轴相向设置；所述控温样槽部包括支架及样槽装置，所述支架放置在基座上，所述支架位于光学镜头与光源之间；所述支架上表面上设置样槽卡座；所述样槽装置放置在样槽卡座内，所述样槽装置包括呈U型结构的有机玻璃骨架，所述有机玻璃骨架的前、后侧面固定设置光学玻璃，所述光学玻璃与光学镜头的中心轴线相垂直；所述有机玻璃骨架的内侧面对称设置电极板，所述电极板的外表面包覆绝缘盖板；所述有机玻璃骨架、光学玻璃、绝缘盖板之间的空间为实验样槽；所述有机玻璃骨架内部设置热媒加热通道，所述热媒加热通道呈蛇形管结构；所述有机玻璃骨架的左侧上部设有热媒入口管，所述有机玻璃骨架的右侧上部设有热媒出口管，所述热媒加热通道的两端分别与热媒入口管、热媒出口管联通。...

【技术特征摘要】
1.一种电场作用下油中水滴微观特征的实验系统，其特征是，包括基座、纵向滑块、横向滑块、高速摄像仪、光学镜头、控温样槽部、光源部；所述基座的上表面固定设置纵向限位挡块，所述纵向限位挡块沿基座的宽度方向设置；所述纵向限位挡块左侧面的中部垂直设置纵向丝杠，所述纵向丝杠与纵向限位挡块进行转动连接；所述基座上设有纵向导向装置；所述纵向滑块前侧面的中部设有纵向螺纹孔，所述纵向螺纹孔贯穿纵向滑块的前、后侧面；所述纵向滑块通过纵向螺纹孔与纵向丝杠进行螺纹连接，所述纵向滑块在纵向丝杠的作用下沿纵向导向装置实现在基座上的纵向滑动；所述纵向滑块的右端向上凸起形成横向限位挡块，所述横向限位挡块左侧面的中部垂直设置横向丝杠，所述横向丝杠与横向限位挡块进行转动连接；所述纵向滑块上设有横向导向装置；所述横向滑块前侧面的中部设有横向螺纹孔，所述横向螺纹孔贯穿横向滑块的前、后侧面；所述横向滑块通过横向螺纹孔与横向丝杠进行螺纹连接，所述横向滑块在横向丝杠的作用下沿横向导向装置实现在纵向滑块上的横向滑动；所述横向滑块的上表面上设置方型卡槽；所述横向滑块上表面的右端设有镜头架，所述镜头架上设有弧形卡槽；所述高速摄像仪放置在方型卡槽内；所述高速摄像仪与光学镜头连接，所述光学镜头卡在镜头架上的弧形卡槽内；高速摄像仪还与图像采集计算机相连；所述光源部包括光源固定座、光源、遮光罩；所述光源固定座固定设置在基座上表面的右端，所述光源设置在光源固定座上，所述光源的头部设有遮光罩，所述遮光罩由反光镜制成；所述光源与光学镜头同轴相向设置；所述控温样槽部包括支架及样槽装置，所述支架放置在基座上，所述支架位于光学镜头与光源之间；所述支架上表面上设置样槽卡座；所述样槽装置放置在样槽卡座内，所述样槽装置包括呈U型结构的有机玻璃骨架，所述有机玻璃骨架的前、后侧面固定设置光学玻璃，所述光学玻璃与光学镜头的中心轴线相垂直；所述有机玻璃骨架的内侧面对称设置电极板，所述电极板的外表面包覆绝缘盖板；所述有机玻璃骨架、光学玻璃、绝缘盖板之间的空间为实验样槽；所述有机玻璃骨架内部设置热媒加热通道，所述热媒加热通道呈蛇形管结构；所述有机玻璃骨架的左侧上部设有热媒入口管，所述有机玻璃骨架的右侧上部设有热媒出口管，所述热媒加热通道的两端分别与热媒入口管、热媒出口管联通。2.如权利要求1所述的一种电场作用下油中水滴微观特征的实验系统，其特征是，所述纵向导向装置包括平行设置的两根纵向导向柱，两根纵向导向柱对称设置于纵向丝杠的两侧，所述纵向导向柱的一端与纵向限位挡块垂直固定连接；所述纵向滑块的前侧面设有两个纵向导向孔，所述纵向导向孔贯穿纵向滑块的前、后侧面；所述纵向导向柱与纵向导向孔进行滑动配合。3.如权利要求1所述的一种电场作用下油中水滴微观特征的实验系统，其特征是，所述纵向导向装置包括平行设置的两根纵向倒梯形导轨，两根纵向倒梯形导轨对称设置于纵向丝杠的两侧，所述纵向倒梯形导轨设置于基座的上表面，所述纵向倒梯形导轨的一端与纵向限位挡块垂直固定连接；所述纵向滑块的底面设有两个纵向燕尾槽，所述纵向燕尾槽贯穿纵向滑块的前、后侧面；所述纵向倒梯形导轨与纵向燕尾槽进行滑动配合。4.如权利要求1所述的一种电场作用下油中水滴微观特征的实验系统，其特征是，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗小明，闫海鹏，何利民，吕宇玲，杨东海，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：山东,37