一种测试含活性剂油滴在气水界面铺展速度的装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种测试含活性剂油滴在气水界面铺展速度的装置及方法。该装置包括计算机1、高速相机2、表面皿3、光源6、支架7、透明导管5和进样器4。该方法包括：取适量油溶液注入透明导管延伸出表面皿的一端，使透明导管充满含活性剂的油溶液；向表面皿中加入去离子水构建气水界面；用进样器提取含活性剂的油溶液，通过透明导管输送至表面皿的气水界面上，利用高速相机采集油滴在气水界面铺展过程的图像并传输至计算机；计算不同时刻油膜的铺展速度，并绘制铺展速度随时间的变化曲线。本发明专利技术能够测试含活性剂油滴的铺展速度及其随时间的变化情况，通过改变油滴体积、温度、离子类型和浓度，评价环境因素对含活性剂油滴铺展性能的影响。响。响。

【技术实现步骤摘要】
一种测试含活性剂油滴在气水界面铺展速度的装置及方法


[0001]本专利技术属于界面科学与应用领域，具体涉及一种测试含活性剂油滴在气水界面铺展速度的装置及方法。

技术介绍

[0002]随着石油工业的不断发展，能源需求日益增加，在石油开采、运输、储存和炼制过程中，可能发生开采泄漏、井喷溢油、油轮漏油以及含油废物排放等事故，这往往引发严重的大气、土壤和水体污染。石油是含有烷烃、环烷烃、芳香烃、胶质、沥青质、含氧含硫含氮化合物以及金属化合物等成分复杂的混合物，其中羧酸、胶质、沥青质和蜡等组分具有表面活性，丰富了原油的物理化学性质。石油污染是造成海洋环境污染的主要原因，当海上漏油事故发生后，由于原油密度比水低，原油会在水面铺展扩散形成油膜，且原油中的天然表面活性物质具有润湿铺展性能，可显著提高原油在气水界面的运移能力，进而增大油膜的铺展速度和铺展面积，导致石油污染物的污染范围变广。此外，原油组分大多具有挥发性，以及油膜覆盖在水面上会阻碍海洋的能量和物质交换，当表面活性物质明显增大油膜的覆盖面积和铺展速度后，会加速原油组分的挥发和提高油膜的覆盖范围，从而导致严重的大气污染以及海洋生态平衡破坏。
[0003]若发生海上泄油事故后，如果能准确实时预测油膜在海面的污染范围，就可及时采取物理、化学或者生物方法对油膜污染物进行处理。基于此，开展测定含活性剂油滴在气水界面的铺展速度实验对于预测和监测油膜污染物在水面上的运移速度以及覆盖面积具有重要意义，因此本专利技术提出一种测试含活性剂油滴在气水界面铺展速度的装置及方法，评价含活性剂油滴在水面的铺展性能。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种测试含活性剂油滴在气水界面铺展速度的装置，该装置结构简单，实用性强，能够测试含活性剂油滴在水面铺展的速度及其随时间的变化情况，通过改变油滴体积、温度、离子类型和浓度，评价环境因素对含活性剂油滴在水面铺展性能的影响。
[0005]本专利技术的另一目的还在于提供利用上述装置测试含活性剂油滴在气水界面铺展速度的方法，该方法原理可靠，操作简便，通过实时测定含活性剂油滴在水面铺展的速度及其随时间的变化，从而评价和研究油滴体积、温度、离子类型和浓度对油膜铺展速度的影响规律。
[0006]为达到以上技术目的，本专利技术采用以下技术方案。
[0007]测试含活性剂油滴在气水界面铺展速度，其原理在于：将含活性剂油滴置于气水界面上，利用高速相机记录油滴在气水界面铺展形成油膜的过程，直至油膜面积不再增大时停止录制，所录制的油膜铺展过程可以转化为连续不同时刻的快照，根据高速相机拍摄时所设置帧率，计算得出相邻两帧图像的时间间隔为Δt(t2‑
t1)，在相邻两帧图像的同一方
向上测量油膜运移的距离差Δx(x2‑
x1)，则v1＝Δx/Δt为油膜铺展过程中t1时刻的速度v1。通过计算油膜在水面铺展过程中不同时刻的速度，进而得出油膜在水面铺展过程中速度随时间的变化。
[0008]一种测试含活性剂油滴在气水界面铺展速度的装置，主要由计算机、高速相机、支架、表面皿、光源、透明导管和进样器组成。
[0009]所述计算机可设置拍摄参数、存储数据以及进一步分析和处理数据，与高速相机相连。
[0010]所述高速相机用于录制含活性剂油滴在水面的铺展过程，为获取油膜在水面的运移速度及速度随时间的变化提供数据支撑；所述高速相机固定于支架上，并与计算机相连接。
[0011]所述支架由上而下分别承托高速相机、表面皿、光源，并保持三者之间的距离固定不变，以及保证含活性剂油滴在水面铺展的测试过程稳定。所述支架承托表面皿的部分为透明材料，其余由金属材料制成。
[0012]所述表面皿中加入去离子水，约为表面皿高度的一半，构建气水界面，所述表面皿底部中间位置设有圆形小孔，其直径与透明导管基本一致，保证透明导管可通过圆形小孔从表面皿底部伸出气水界面。
[0013]所述光源保证高速相机采集油膜铺展过程的图像清晰，一般为LED平行冷光源。
[0014]所述透明导管用于输送含活性剂油滴，一端从表面皿底部伸出气水界面，略高于气水界面，防止表面皿中的水进入导管，另外一端与进样器连接。所述透明导管直径约1毫米，由透明材料制成，具有耐温和防腐性能。
[0015]所述进样器与透明导管连接，用于取样和控制样品体积，并使样品通过透明导管置于气水界面上，其量程为50μl，精度为1μl。
[0016]利用上述装置测试含活性剂油滴在气水界面铺展速度的方法，依次包括以下步骤：
[0017](1)配制含活性剂的油溶液；
[0018](2)用滴管取适量油溶液注入透明导管延伸出表面皿的一端，使透明导管充满含活性剂的油溶液；
[0019](3)向表面皿中缓慢加入去离子水构建气水界面，气水界面略低于透明导管；
[0020](4)打开光源、高速相机和计算机，设置拍摄参数；
[0021](5)用进样器提取含活性剂的油溶液，注入透明导管另一端，通过透明导管输送油溶液至表面皿的气水界面上，利用高速相机采集油滴在气水界面铺展过程的图像并传输至计算机，直至油膜面积不再增大时停止；
[0022](6)计算机将采集的图像进行处理，计算不同时刻油膜的铺展速度，并绘制铺展速度随时间的变化曲线。
[0023]在本专利技术中，由于进行测试的含活性剂油滴和水面均是无色透明的，那么利用高速相机录制油膜在水面的铺展过程时，会发生所采集的图像中油膜与水面界面不清晰的情况，从而导致数据有较大的误差。
[0024]进一步地，为保证清晰的油水界面，需要使用水溶性色素对表面皿中的水进行染色，一般使用苋菜红或柠檬黄。
[0025]进一步地，所述进样器通过调整取样体积，改变含活性剂油滴的体积，从而研究含活性剂油滴的体积对铺展过程的影响。
[0026]进一步地，所述表面皿中加入去离子水构建气水界面，通过改变水温，从而研究温度对含活性剂油滴在水面铺展过程的影响。
[0027]进一步地，通过配制不同类型、不同浓度的无机盐溶液加入表面皿中构建气水界面，从而研究离子类型、离子浓度对含活性剂油滴在水面铺展过程的影响。
[0028]进一步地，计算不同时刻油膜的铺展速度，过程如下：根据设置的拍摄帧率，得出相邻两帧图像的时间间隔为t
n+1
‑
t
n
，测量这两帧图像在同一方向上油膜运移的距离为x
n+1
‑
x
n
，由此计算得到油膜在t
n
时刻的铺展速度：
[0029][0030]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0031](1)测试含活性剂油滴在气水界面铺展速度的装置，结构稳定，原理可靠，能够测出油膜在气水界面的铺展速度及速度随时间的变化；
[0032](2)通过改变外界因素，测试及研究温度、离子类型、离子浓度和油滴体积对油膜在气水界面铺展过程的影响，应用范围广；
[003本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种测试含活性剂油滴在气水界面铺展速度的装置，包括计算机(1)、高速相机(2)、表面皿(3)、光源(6)、支架(7)、透明导管(5)和进样器(4)，其特征在于，所述支架(7)由下而上分别承托光源(6)、表面皿(3)和高速相机(2)，使得表面皿(3)分别正对光源(6)和高速相机(2)，高速相机连接计算机(1)；所述表面皿(3)中有去离子水构建气水界面，表面皿底部中间位置设有圆形小孔，小孔直径与透明导管一致；所述透明导管(5)的一端通过小孔从表面皿底部延伸出气水界面，并略高于气水界面，另一端连接进样器(4)，所述进样器中有含活性剂的油溶液。2.如权利要求1所述的一种测试含活性剂油滴在气水界面铺展速度的装置，其特征在于，所述支架承托表面皿的部分为透明材料。3.如权利要求1所述的一种测试含活性剂油滴在气水界面铺展速度的装置，其特征在于，所述表面皿中去离子水构建的气水界面为表面皿高度的一半。4.利用权利要求1、2或3所述的装置测试含活性剂油滴在气水界面铺展速度的方法，依次包括以下步骤：(1)配制含活性剂的油溶液；(2)用滴管取适量油溶液注入透明导管延伸出表面皿的一端，使透明导管充满含活性剂的油溶液；(3)向表面皿中缓慢加入去离子水构建气水界面，气水界面略低于透明导管；(4)打开光源、高速相机和计算机，设置拍摄参数；(5)用进样器提取含活性剂的油溶液，注入透明导管另一端...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭平，周茹，田正坤，汪周华，刘煌，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：