[發(fā)明專利]一種確定高壓脈沖高效破乳電場參數(shù)的方法

有效

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• 申請日: 2013-06-27
• 公開（公告）號: CN103336031A
• 公開（公告）日: 2013-10-02
• 發(fā)明（設計）人: 龔海峰;彭燁
• 申請（專利權）人: 重慶理工大學
• 主分類號: G01N27/00
• 分類號: G01N27/00
• 代理公司: 重慶博凱知識產(chǎn)權代理有限公司 50212
• 代理人: 李海華

技術領域

本發(fā)明涉及脈沖電場破乳技術的改進，特別涉及一種確定高壓脈沖高效破乳電場參數(shù)的方法，屬于乳化油破乳技術領域。

背景技術

隨著全球工業(yè)經(jīng)濟的快速發(fā)展，潤滑油廣泛應用于機械、電力、運輸及化工等領域，被譽為現(xiàn)代工業(yè)的“血液”，在國民經(jīng)濟發(fā)展中占有重要地位。由于雨水、潮濕環(huán)境中水汽及冷卻系統(tǒng)等因素的影響，潤滑油在儲存、運輸、加注及使用過程中極易被水污染，形成W/O型乳化液。潤滑油中的水以三種形式存在，即自由水、游離水和乳化水，乳化水對設備的危害最大，除去的難度也較大。

常見的乳化油物理破乳脫水方法有沉降法、離心法、真空法、吸附法及結聚法等，但存在效率低、能耗高、設備維護費用高等特點，無法滿足潤滑油脫水凈化的高效性和經(jīng)濟性要求。在油液凈化處理能力上，沉淀法、離心法的處理精度不高，靜電法只能處理含水量小的油液，過濾法和干燥法的處理量很小，這些方法在工業(yè)上均未得到廣泛的應用。

作為一項新技術，脈沖電場法進行破乳脫水成為了一個新的研究方向，它是向乳化油施加一定頻率和強度的電壓，促進乳化油液滴發(fā)生劇烈振動及高效結聚。恰當?shù)碾妶鰠?shù)是促進乳化油液滴發(fā)生劇烈振動及高效結聚的關鍵因素，也是設計高效電脫水裝置的重要依據(jù)，故高壓脈沖電場參數(shù)（包括電場強度和電場頻率）的選擇，直接影響油液的破乳脫水效率。但目前，大部分脈沖電場破乳研究尚處于實驗觀察階段，對于如何確定最佳破乳電場條件及參數(shù)還鮮有報道。目前主要采用一些經(jīng)驗方法來選擇和確定破乳電場參數(shù)，缺乏理論依據(jù)和通用性，且效果不佳。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術存在的上述不足，本發(fā)明的目的是提供一種確定高壓脈沖高效破乳電場參數(shù)的方法，本方法可以確定最佳破乳電場參數(shù)-電場頻率和電場強度。

為了解決上述技術問題，本發(fā)明采用了如下的技術方案：

一種確定高壓脈沖高效破乳電場參數(shù)的方法，其特征在于：其確定步驟為，

1）首先得到最佳破乳電場參數(shù)計算曲線圖

在脈沖電場作用下，乳化油液滴發(fā)生伸縮變形振動，設初始半徑為R；以單液滴右半球為研究對象，在液滴變形振動某瞬時，它近似為半橢圓體，液滴長、短半軸長分別為a、b，以幾何中心為坐標原點，建立笛卡兒坐標系，此時，變形振動液滴受到慣性力為F_i、油液阻力為F_r、界面回復力為F_h和電場激勵力為F_e，則液滴振動動力學模型一般式可表示為

F_i+F_r+F_h=F_e???（1）

通過分析計算變形振動液滴的瞬時受力，其振動動力學方程可表示為

其中，液滴振動振幅χ=△/R，液滴長半軸伸長量△=a-R，有a=(χ+1)R；f(χ)和e(χ)為各受力項的非線性函數(shù)項；A、B、G為常數(shù)，分別為q(t)代表電場函數(shù)項；

由于油中液滴拉伸比λ（λ=a/b）不會隨著電場強度的增加而無限增大，λ存在限值，即λ≤1.9，當λ=1.9時，液滴參激共振時破乳效果最佳，但是共振振幅也不能超出上限值；因此，將λ≤1.9作為液滴參激共振穩(wěn)定變形的一個重要控制條件，由此，電場頻率為液滴參激共振頻率，且液滴拉伸比為1.9時，乳化液滴破乳效果最佳且能耗最小；因此可通過諧波平衡法解得式（2）的最佳振動頻率及其振幅，得最佳破乳電場參數(shù)計算曲線圖；

2）最佳破乳電場參數(shù)確定方法

2.1）根據(jù)具體的系統(tǒng)參數(shù)：油液粘度μ，油液-液滴界面張應力γ，液滴密度ρ，液滴平均半徑R，代入得出具體的t值；在最佳破乳電場參數(shù)計算曲線圖中，根據(jù)t值，作坐標橫軸的平行線，平行線交于λ=1.9的液滴振幅曲線，根據(jù)交點可得出最佳結聚頻率的值，其中由此可以計算出電場頻率；若交點位于曲線的上方，表示此系統(tǒng)中液滴無“共振”頻率，不存在最佳結聚頻率，此時破乳電場頻率越低，破乳效果越好；

2.2）根據(jù)交點向坐標橫軸作垂線，垂線于橫軸也存在一交點，并對應一個m值，已知參數(shù)：油液-液滴界面張應力γ，液滴平均半徑R，真空介電常數(shù)ε₀，油液介電常數(shù)ε₂；把上述參數(shù)代入計算出外加電場強度E，根據(jù)電極的幾何參數(shù)，可得出最佳結聚電源電壓。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：

1.本發(fā)明運用非線性振動動力學理論，得出高壓脈沖電場高效破乳電場參數(shù)確定方法，理論依據(jù)充分。