一种流动过程中液滴静电聚结微观特征测试装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种流动过程中液滴静电聚结微观特征测试装置及方法，其技术方案为：包括高压供电系统、动态液滴制备测试系统、高速摄像系统、同步触发系统，高压供电系统包括信号发生器、功率放大器和示波器，信号经功率放大器调压后输出；动态液滴制备测试系统包括测试芯片、控制器，所述测试芯片通过油相注射泵、水相注射泵与控制器相连；高速摄像系统包括分设于测试芯片两侧的高速摄像仪和准直透镜，所述准直透镜下方设置光纤探头，光纤探头接收光源并发射光束；同步触发系统包括同步触发器和图像采集设备，图像采集设备控制同步触发器进行同步触发，三路同步触发信号分别触发功率放大器、光源和高速摄像仪。

A device and method for measuring the micro characteristics of droplet electrostatic coalescence in the process of flow

【技术实现步骤摘要】
一种流动过程中液滴静电聚结微观特征测试装置及方法
本专利技术涉及一种流动过程中液滴静电聚结微观特征测试装置及方法，用于在流动油品中制备连续液滴，测试流动过程中液滴在电场作用下的运动、变形、破裂与聚并等微观特征，以及研究电场参数和油水物理性质对流动过程中液滴微观特征及其瞬态演变过程的影响规律，属于油气集输系统多相分离

技术介绍
原油中的胶质、沥青质、无机颗粒和化学驱等三次采油技术所加入的表面活性物质易吸附于油水界面，形成具有一定机械强度的粘弹性膜，使得油水乳状液具有很好的稳定性。仅依靠重力沉降作用很难对原油进行有效的脱水处理。静电聚结技术因其高效、节能、环保的特点得到广泛应用。其利用油相和水相电学性质的差异通过油中水滴在高压电场中的电性改变和极化效应，使水滴发生震荡或者定向移动，增大水滴碰撞几率，削弱水滴界面膜的强度，加速水滴沉降过程，强化油水分离效果。研究者对电场作用下液滴变形、破裂和聚结进行了大量微观实验，但存在的问题是相关研究大多是在静态条件下进行的，忽略了静电聚结设备中流动剪切与电场的协同作用，所得到的规律缺乏足够的代表性。研究表明，在流动的聚结系统中，层流或湍流的扰动和液体的剪切作用会加强水滴之间的碰撞频率和强度，显著提高水滴聚结的效率。现有技术公开了一种原油脱水静电聚结器(CEC)，其电极部分是由绝缘电极和金属电极以立式同轴圆筒的形式交替排列，狭窄的电极间距产生高强电压，同时加快乳状液流速，获得湍流流态，从而促进分散相水滴之间的相互碰撞，缩短相邻水滴间的迁移时间，提高原油脱水效率。现有技术还公开了一种静电聚结快速评价系统及方法，其由供电装置、小型静电聚结器和测量装置组成，可以实现对同轴圆筒形静电聚结器的聚结效果进行评价，为静电聚结器的设计和设备选型提供依据。以上方法均是从宏观上研究流动剪切和电场的协同作用对静电聚结器性能的影响，事实上，宏观静电聚结设备工作时，油水物理性质和电场运行参数的变化对水滴的运动、变形、破裂和聚并等微观特征及其瞬态演变过程有着显著的影响，改变了水滴的吸引、排液和合并过程，进而影响静电聚结效果。专利技术人发现，目前尚无关于流动过程中液滴在电场作用下的微观特征测试装置及方法。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本专利技术的第一目的是提供一种流动过程中液滴静电聚结微观特征测试装置，结构紧凑、操作便利、功能多样。本专利技术的第二目的是提供一种流动过程中液滴静电聚结微观特征测试方法，能够同步记录电学信号以及流动过程中液滴微观特征的演变过程，为深入分析流动过程中液滴的微观特征及其瞬态演变规律的动力学机理提供实验依据。本专利技术采用下述技术方案：一种流动过程中液滴静电聚结微观特征测试装置，包括：高压供电系统，包括信号发生器、功率放大器和示波器，信号发生器用于调节电场参数，信号经功率放大器调压后输出，示波器用于监测显示电压和电流信号；动态液滴制备测试系统，包括测试芯片、控制器，所述测试芯片通过若干油相注射泵、水相注射泵与控制器相连，控制器通过控制油相注射泵和水相注射泵使油水两相以设定流速分别进入测试芯片进行液滴的制备与反应；高速摄像系统，包括分设于测试芯片两侧的高速摄像仪和准直透镜，所述准直透镜下方设置光纤探头，光纤探头接收光源并发射光束，光束经准直透镜成为准直光束，为高速摄像仪拍摄提供光强；同步触发系统，包括同步触发器和图像采集设备，图像采集设备控制同步触发器进行同步触发，三路同步触发信号分别触发功率放大器、光源和高速摄像仪。进一步的，所述信号发生器的输出端与功率放大器的输入端相连，所述示波器与功率放大器的电压和电流监测端口相连。进一步的，所述准直透镜垂直于测试芯片，所述光纤探头通过光纤连接光源，所述光源与同步触发器的输出端相连，同步触发器的控制端与图像采集设备相连。进一步的，所述高速摄像仪安装高倍镜头，高倍镜头用于拍摄流动过程中液滴在电场作用下微观特征的瞬态演变过程；图像采集设备与高速摄像仪相连，用于存储并分析高速摄像仪拍摄的图片。进一步的，所述测试芯片包括试验微样槽，试验微样槽的一端与油相微通道、水相微通道连通，所述油相微通道与油相注射泵相连，水相微通道与水相注射泵相连；试验微样槽的另一端连接微通道出口；所述试验微样槽的一侧设置电极板I，另一侧设置电极板II。进一步的，所述电极板I通过低压电缆与功率放大器共同接地，所述电极板II通过高压电缆与功率放大器的高压输出端相连，通过高压电缆和低压电缆的电力输送作用在电极板I和电极板II之间产生高压电场。进一步的，所述控制器通过水相注射泵、油相注射泵I、油相注射泵II与测试芯片相连，且油相注射泵I和油相注射泵II分别设于水相注射泵一侧。进一步的，所述微通道出口连接出液管。进一步的，所述低压电缆设有低压电极接头，高压电缆设有高压电极接头。一种流动过程中液滴静电聚结微观特征测试方法，采用所述的测试装置，包括以下步骤：1)将设定量蒸馏水注入到水相注射泵中，将设定量透明油品分别注入油相注射泵I和油相注射泵II中；2)将高倍镜头安装于高速摄像仪前端，依次打开光源、高速摄像仪和图像采集设备；3)打开控制器，设定油水相速度参数，启动油相注射泵I、水相注射泵和油相注射泵II；4)调整高速摄像仪使实验液滴清晰成像于图像采集设备的图像采集界面；5)打开信号发生器，设置电场信号参数；6)打开示波器，之后启动功率放大器；7)打开同步触发器，设置功率放大器、光源和高速摄像仪的同步信号，利用图像采集设备控制同步触发器进行同步触发；图像采集设备和示波器同步采集流动过程中液滴在电场作用下微观特征的瞬态演变过程以及电场输出信号；8)改变信号发生器的电学输出参数或透明油品及水滴的物理性质，重复步骤1)～7)，研究电场参数和油水物理性质对流动过程中液滴在电场作用下的微观特征以及瞬态演变过程的影响。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术通过调节信号发生器和示波器可精确控制、显示和记录电场参数，便于准确评价电场参数对流动过程中液滴的微观特征及其瞬态演变规律的影响；通过同步触发器可同步触发高压功率放大器、光源和高速摄像仪，解决电场、光源与液滴微观特征演变过程的同步问题，进而精确分析其激励—响应关系；(2)本专利技术采用微通道法制备液滴，可通过调节油水两相相对流速改变液滴的数量、粒径和间距，从而进行不同粒径条件下动态油中单液滴变形破裂反应和液滴群聚并反应的测试，或者通过增加微通道数目进行双液滴聚并反应测试；(3)本专利技术将电极板、高压电缆等浇筑于测试芯片中，避免电极板的电击穿问题，保证操作的安全性；(4)本专利技术利用高速摄像技术、光学放大技术和同步触发技术，可精确捕捉高压电场作用下油中水滴的运动、变形、破裂和聚并等微观特征及其瞬态演变过程，为静电聚结技术的深入理论研究提供基础数据。附图说明构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种流动过程中液滴静电聚结微观特征测试装置，其特征在于，包括：/n高压供电系统，包括信号发生器、功率放大器和示波器，信号发生器用于调节电场参数，信号经功率放大器调压后输出，示波器用于监测显示电压和电流信号；/n动态液滴制备测试系统，包括测试芯片、控制器，所述测试芯片通过若干油相注射泵、水相注射泵与控制器相连，控制器通过控制油相注射泵和水相注射泵使油水两相以设定流速分别进入测试芯片进行液滴的制备与反应；/n高速摄像系统，包括分设于测试芯片两侧的高速摄像仪和准直透镜，所述准直透镜下方设置光纤探头，光纤探头接收光源并发射光束，光束经准直透镜成为准直光束，为高速摄像仪拍摄提供光强；/n同步触发系统，包括同步触发器和图像采集设备，图像采集设备控制同步触发器进行同步触发，三路同步触发信号分别触发功率放大器、光源和高速摄像仪。/n

【技术特征摘要】
1.一种流动过程中液滴静电聚结微观特征测试装置，其特征在于，包括：
高压供电系统，包括信号发生器、功率放大器和示波器，信号发生器用于调节电场参数，信号经功率放大器调压后输出，示波器用于监测显示电压和电流信号；
动态液滴制备测试系统，包括测试芯片、控制器，所述测试芯片通过若干油相注射泵、水相注射泵与控制器相连，控制器通过控制油相注射泵和水相注射泵使油水两相以设定流速分别进入测试芯片进行液滴的制备与反应；
高速摄像系统，包括分设于测试芯片两侧的高速摄像仪和准直透镜，所述准直透镜下方设置光纤探头，光纤探头接收光源并发射光束，光束经准直透镜成为准直光束，为高速摄像仪拍摄提供光强；
同步触发系统，包括同步触发器和图像采集设备，图像采集设备控制同步触发器进行同步触发，三路同步触发信号分别触发功率放大器、光源和高速摄像仪。


2.根据权利要求1所述的一种流动过程中液滴静电聚结微观特征测试装置，其特征在于，所述信号发生器的输出端与功率放大器的输入端相连，所述示波器与功率放大器的电压和电流监测端口相连。


3.根据权利要求1所述的一种流动过程中液滴静电聚结微观特征测试装置，其特征在于，所述准直透镜垂直于测试芯片，所述光纤探头通过光纤连接光源，所述光源与同步触发器的输出端相连，同步触发器的控制端与图像采集设备相连。


4.根据权利要求1所述的一种流动过程中液滴静电聚结微观特征测试装置，其特征在于，所述高速摄像仪安装高倍镜头，高倍镜头用于拍摄流动过程中液滴在电场作用下微观特征的瞬态演变过程；图像采集设备与高速摄像仪相连，用于存储并分析高速摄像仪拍摄的图片。


5.根据权利要求1所述的一种流动过程中液滴静电聚结微观特征测试装置，其特征在于，所述测试芯片包括试验微样槽，试验微样槽的一端与油相微通道、水相微通道连通，所述油相微通道与油相注射泵相连，水相微通道与水相注射泵相连；试验微样槽的另一端连接微通道出口；所述试验微样槽的一侧设置电极板I，另一侧设置电极板II。...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗小明，黄鑫，任静，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