CN108414570A - 一种电场作用下油中水滴微观特征的实验系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明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。
Description
技术领域
本发明属于油气集输系统多相分离技术领域,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。
背景技术
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。
发明内容
本发明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,本发明采用如下技术方案: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。
本发明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仪的位置,使实验液滴清晰成像;
步骤七:将电极板连接高压供电设备,并根据实验要求调节电场参数;
步骤八:通过高速摄像仪和图像采集计算机观察并记录该温度下在电场作用下液滴的运移、变形、破裂、聚集及聚并等微观特征的高速演变过程;
步骤九:改变高压供电设备的电学输出参数,重复测试步骤一~步骤八,研究电场参数对电场作用下油中水滴微观特征以及瞬态演变过程的影响;
步骤十:改变实验样槽内油品的物理性质,重复测试步骤一~步骤八,研究油品物理性质对电场作用下油中水滴微观特征以及瞬态演变过程的影响;
步骤十一:改变外部加热系统的温度以改变实验样槽内的实验温度,重复测试步骤一~步骤八,研究温度对电场作用下油中水滴微观特征以及瞬态演变过程的影响。
本发明的工作原理:
利用有机玻璃骨架内部的热媒加热通道,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;根据油品和水滴不同的电学性质,利用油中水滴在高压电场中的极化效应,改变水滴表面电荷分布以及水滴间的相互作用力,促进水滴相互靠近、排液进而发生聚并,从而强化油水分离;基于高速摄像技术、光学放大技术,研究电场作用下油中水滴的运动、变形、破裂和聚并等微观特征,并获取其微观特征的演变规律。
本发明的有益效果是:
(1)本发明具有实验系统流程简单、操作方便的优点,可精确捕捉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奠定数据基础。
(2)本发明通过控制纵向滑块和横向滑块的滑动,可以精确地调节高速摄像仪位置,使液滴清晰成像;而有机玻璃骨架内部的热媒加热通道能够联通外部加热系统,进而实现对实验样槽内油品的加热及控温,因此能够研究温度对电场作用下液滴微观行为的影响规律。
(3)本发明实验系统可对多种流体的微观行为进行研究,可根据实验需要更换高速摄像仪和光源系统,并可对不同电场参数、流体物性和温度条件下的液滴微观行为进行系统研究,因而应用范围广,功能扩展容易。
附图说明
图1为本发明电场作用下油中水滴微观特征的实验系统的结构示意立体图;
图2为本发明电场作用下油中水滴微观特征的实验系统的结构示意前视图;
图3为本发明电场作用下油中水滴微观特征的实验系统的结构示意后视图;
图4为本发明电场作用下油中水滴微观特征的实验系统的结构示意俯视图;
图5为本发明电场作用下油中水滴微观特征的实验系统的结构示意左视图;
图6为本发明基座的结构示意立体图;
图7为本发明基座的结构示意左视图;
图8为本发明基座的结构示意前视图;
图9为本发明纵向滑块的结构示意立体图;
图10为本发明纵向滑块的结构示意左视图;
图11为本发明纵向滑块的结构示意前视图;
图12为本发明横向滑块的结构示意立体图;
图13为本发明横向滑块的结构示意前视图;
图14为本发明横向滑块的结构示意俯视图;
图15为本发明控温样槽部的结构示意立体图;
图16为本发明控温样槽部的结构示意俯视图;
图17为本发明支架的结构示意立体图;
图18为本发明支架的结构示意俯视图;
图19为本发明样槽装置的结构示意立体图;
图20为本发明样槽装置的结构示意俯视图;
图21为图20的A-A向剖面图;
图22为图20的B-B向剖面图;
图23为本发明有机玻璃骨架的结构示意立体图;
图24为本发明有机玻璃骨架的结构示意前视图;
图25为本发明有机玻璃骨架的结构示意右视图;
图26为本发明热媒加热通道的结构示意图;
其中,1—基座,11—纵向限位挡块,12—纵向丝杠,13a—纵向导向柱,13b—纵向倒梯形导轨,13c—纵向半圆形凹槽,2—纵向滑块,21—横向限位挡块,22—纵向螺纹孔,23a—纵向导向孔,23b—纵向燕尾槽,23c—纵向半圆形凸起,24—横向丝杠,25a—横向导向柱,25b—横向倒梯形导轨,3—横向滑块,31—横向螺纹孔,32a—横向导向孔,32b—横向燕尾槽,33—第一卡块,34—镜头架,35—弧形卡槽,4—高速摄像仪,5—光学镜头,6—控温样槽部,61—支架,611—底座,612—支撑板,613—第二卡块,614—支撑卡槽,62—样槽装置,621—有机玻璃骨架,622—热媒加热通道,623—光学玻璃,624—热媒入口管,625—热媒出口管,626—电极板,627—绝缘盖板,628—实验样槽,7—光源,8—遮光罩,9—光源固定座。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
如图1-5所示,一种电场作用下油中水滴微观特征的实验系统,包括基座1、纵向滑块2、横向滑块3、高速摄像仪4、光学镜头5、控温样槽部6、光源部;
如图6-8所示,所述基座1的上表面固定设置纵向限位挡块11,纵向限位挡块11能够限制纵向滑块2的移动距离,所述纵向限位挡块11沿基座1的宽度方向设置;所述纵向限位挡块11左侧面的中部垂直设置纵向丝杠12,所述纵向丝杠12与纵向限位挡块11进行转动连接;所述基座1上设有纵向导向装置;
如图9-11所示,所述纵向滑块2前侧面的中部设有纵向螺纹孔22,所述纵向螺纹孔22贯穿纵向滑块2的前、后侧面;所述纵向滑块2通过纵向螺纹孔22与纵向丝杠12进行螺纹连接,所述纵向滑块2在纵向丝杠12的作用下沿纵向导向装置实现在基座1上的纵向滑动,即转动纵向丝杠12时,纵向滑块2能够沿基座1的上表面进行纵向位置的移动,而纵向导向装置则能够实现纵向滑块2纵向移动的准直性和稳定性;所述纵向滑块2的右端向上凸起形成横向限位挡块21,所述横向限位挡块21左侧面的中部垂直设置横向丝杠24,所述横向丝杠24与横向限位挡块21进行转动连接;所述纵向滑块2上设有横向导向装置;
如图12-14所示,所述横向滑块3前侧面的中部设有横向螺纹孔31,所述横向螺纹孔31贯穿横向滑块3的前、后侧面;所述横向滑块3通过横向螺纹孔31与横向丝杠24进行螺纹连接,所述横向滑块3在横向丝杠24的作用下沿横向导向装置实现在纵向滑块2上的横向滑动,即转动横向丝杠24时,横向滑块3能够沿纵向滑块2的上表面进行横向位置的移动,而横向导向装置则能够实现横向滑块3横向移动的准直性和稳定性;所述横向滑块3的上表面上设置方型卡槽;所述横向滑块3上表面的右端设有镜头架34,所述镜头架34上设有弧形卡槽35;
所述高速摄像仪4放置在方型卡槽内;所述高速摄像仪4与光学镜头5连接,所述光学镜头5卡在镜头架34上的弧形卡槽35内,保证光学镜头5的稳定性;高速摄像仪4还与图像采集计算机相连,图像采集计算机与高速摄像仪4相连,用于存储并分析高速摄像仪4拍摄的图片;
所述光源部包括光源固定座9、光源7、遮光罩8;所述光源固定座9固定设置在基座1上表面的右端,所述光源7设置在光源固定座9上,所述光源7的头部设有遮光罩8,能够保证光源的汇聚性,所述遮光罩8由反光镜制成;所述光源7与光学镜头5同轴相向设置;
如图15-16所示,所述控温样槽部6包括支架61及样槽装置62,所述支架61放置在基座1上,所述支架61位于光学镜头5与光源7之间;所述支架61上表面上设置样槽卡座;所述样槽装置62放置在样槽卡座内,如图19-22所示,所述样槽装置62包括呈U型结构的有机玻璃骨架621,所述有机玻璃骨架621的前、后侧面固定设置光学玻璃623,所述光学玻璃623与光学镜头5的中心轴线相垂直,便于液滴微观行为的观测和记录;所述有机玻璃骨架621的内侧面对称设置电极板626,所述电极板626的外表面包覆绝缘盖板627;所述有机玻璃骨架621、光学玻璃623、绝缘盖板627之间的空间为实验样槽628;
如图23-25所示,所述有机玻璃骨架621内部设置热媒加热通道622,所述热媒加热通道622呈蛇形管结构,如图26所示;所述有机玻璃骨架621的左侧上部设有热媒入口管624,所述有机玻璃骨架621的右侧上部设有热媒出口管625,所述热媒加热通道622的两端分别与热媒入口管624、热媒出口管625联通;外部加热系统的热媒通过热媒入口管624进入热媒加热通道622,并通过热媒出口管625流出,利用流动热媒与实验样槽内液体进行热交换,热媒入口管624与热媒出口管624与外部加热系统连接,利用流动热媒实现实验样槽恒温和温度调节的目的。
优选的,如图6-8所示,所述纵向导向装置包括平行设置的两根纵向导向柱13a,两根纵向导向柱13a对称设置于纵向丝杠12的两侧,所述纵向导向柱13a的一端与纵向限位挡块11垂直固定连接;如图9-11所示,所述纵向滑块2的前侧面设有两个纵向导向孔23a,所述纵向导向孔23a贯穿纵向滑块2的前、后侧面;所述纵向导向柱13a与纵向导向孔23a进行滑动配合,对纵向滑块2的纵向滑动起到导向作用。
优选的,如图6-8所示,所述纵向导向装置包括平行设置的两根纵向倒梯形导轨13b,两根纵向倒梯形导轨13b对称设置于纵向丝杠12的两侧,所述纵向倒梯形导轨13b设置于基座1的上表面,所述纵向倒梯形导轨13b的一端与纵向限位挡块11垂直固定连接;如图9-11所示,所述纵向滑块2的底面设有两个纵向燕尾槽23b,所述纵向燕尾槽23b贯穿纵向滑块2的前、后侧面;所述纵向倒梯形导轨13b与纵向燕尾槽23b进行滑动配合,对纵向滑块2的纵向滑动起到导向作用,其中燕尾槽与梯形导轨的配合作用,使纵向滑块2的运动精度高、稳定好。
优选的,如图6-8所示,所述纵向导向装置包括平行设置的两个纵向半圆形凹槽13c,两个纵向半圆形凹槽13c对称设置于纵向丝杠12的两侧,所述纵向半圆形凹槽13c设置于基座1的前、后侧面;如图9-11所示,所述纵向滑块2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23c;所述纵向半圆形凹槽13c与纵向半圆形凸起23c进行滑动配合,对纵向滑块2的纵向滑动起到导向作用。
另外,可以选取上述纵向导向柱13a与纵向导向孔23a配合、纵向倒梯形导轨13b与纵向燕尾槽23b配合、纵向半圆形凹槽13c与纵向半圆形凸起23c中的任意两种配合或者三种配合作为纵向滑块2纵向滑动的导向装置。
优选的,如图9-11所示,所述横向导向装置包括平行设置的两根横向导向柱25a,两根横向导向柱25a对称设置于横向丝杠24的两侧,所述横向导向柱25a的一端与横向限位挡块21垂直固定连接;如图12-14所示,所述横向滑块3的前侧面设有两个横向导向孔32a,所述横向导向孔32a贯穿横向滑块3的前、后侧面;所述横向导向柱25a与横向导向孔32a进行滑动配合,对横向滑块3的横向滑动起到导向作用。
优选的,如图9-11所示,所述横向导向装置包括平行设置的两根横向倒梯形导轨25b,两根横向倒梯形导轨25b对称设置于横向丝杠24的两侧,所述横向倒梯形导轨25b设置于纵向滑块2的上表面,所述横向倒梯形导轨25b的一端与横向限位挡块21垂直固定连接;如图12-14所示,所述横向滑块3的底面设有两个横向燕尾槽32b,所述横向燕尾槽32b贯穿横向滑块3的前、后侧面;所述横向倒梯形导轨25b与横向燕尾槽32b进行滑动配合,对横向滑块3的横向滑动起到导向作用,其中燕尾槽与梯形导轨的配合作用,使横向滑块3的运动精度高、稳定好。
另外,可以选取上述横向导向柱25a与横向导向孔32a配合、横倒梯形导轨25b与横向燕尾槽32b配合的两种配合作为横向滑块3横向滑动的导向装置。
优选的,所述方型卡槽包括四个呈直角结构的第一卡块33。
优选的,如图17-18所示,所述支架61包括底座611以及垂直固定连接于底座611两端的支撑板612,所述样槽卡座设置在底座611上,所述支撑板612上设有用于支撑热媒入口管624和热媒出口管625的支撑卡槽614。
优选的,所述样槽卡座包括四个呈直角结构的第二卡块613。
本发明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628,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7、高速摄像仪4以及图像采集计算机,将光学镜头5安装在高速摄像仪4上;
步骤三:将热媒入口管624和热媒出口管625连接至外部的加热系统,使加热系统的热媒在热媒入口管624、有机玻璃骨架621内部的热媒加热通道622、热媒出口管625以及加热系统之间形成流动的循环加热系统,对实验样槽628内的油品进行加热;
步骤四:用温度计对实验样槽628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628内油品的温度稳定后,向实验样槽628内注入液滴;
步骤六:旋转纵向丝杠12和横向丝杠24以调整高速摄像仪4的位置,使实验液滴清晰成像;
步骤七:将电极板626连接高压供电设备,并根据实验要求调节电场参数;
步骤八:通过高速摄像仪4和图像采集计算机观察并记录该温度下在电场作用下液滴的运移、变形、破裂、聚集及聚并等微观特征的高速演变过程;
步骤九:改变高压供电设备的电学输出参数,重复测试步骤一~步骤八,研究电场参数对电场作用下油中水滴微观特征以及瞬态演变过程的影响;
步骤十:改变实验样槽内油品的物理性质,重复测试步骤一~步骤八,研究油品物理性质对电场作用下油中水滴微观特征以及瞬态演变过程的影响;
步骤十一:改变外部加热系统的温度以改变实验样槽628内的实验温度,重复测试步骤一~步骤八,研究温度对电场作用下油中水滴微观特征以及瞬态演变过程的影响。
本发明利用有机玻璃骨架621内部的热媒加热通道622,达到热媒与实验样槽628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;根据油品和水滴不同的电学性质,利用油中水滴在高压电场中的极化效应,改变水滴表面电荷分布以及水滴间的相互作用力,促进水滴相互靠近、排液进而发生聚并,从而强化油水分离;基于高速摄像技术、光学放大技术,研究电场作用下油中水滴的运动、变形、破裂和聚并等微观特征,并获取其微观特征的演变规律。
本发明具有实验系统流程简单、操作方便的优点,可精确捕捉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奠定数据基础;通过控制纵向滑块2和横向滑块3的滑动,可以精确地调节高速摄像仪4位置,使液滴清晰成像;而有机玻璃骨架621内部的热媒加热通道622能够联通外部加热系统,进而实现对实验样槽628内油品的加热及控温,因此能够研究温度对电场作用下液滴微观行为的影响规律。本发明实验系统可对多种流体的微观行为进行研究,可根据实验需要更换高速摄像仪4和光源系统,并可对不同电场参数、流体物性和温度条件下的液滴微观行为进行系统研究,因而应用范围广,功能扩展容易。
在本发明的描述中,需要理解的是,术语“前”、“后”、“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述,但并非对本发明的限制,所属领域技术人员应该明白,在本发明的技术方案的基础上,本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (10)
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。
5.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。
6.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。
7.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,所述方型卡槽包括四个呈直角结构的第一卡块。
8.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。
9.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,所述样槽卡座包括四个呈直角结构的第二卡块。
10.如权利要求1至9任一所述的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,其特征是,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仪的位置,使实验液滴清晰成像;
步骤七:将电极板连接高压供电设备,并根据实验要求调节电场参数;
步骤八:通过高速摄像仪和图像采集计算机观察并记录该温度下在电场作用下液滴的运移、变形、破裂、聚集及聚并等微观特征的高速演变过程;
步骤九:改变高压供电设备的电学输出参数,重复测试步骤一~步骤八,研究电场参数对电场作用下油中水滴微观特征以及瞬态演变过程的影响;
步骤十:改变实验样槽内油品的物理性质,重复测试步骤一~步骤八,研究油品物理性质对电场作用下油中水滴微观特征以及瞬态演变过程的影响;
步骤十一:改变外部加热系统的温度以改变实验样槽内的实验温度,重复测试步骤一~步骤八,研究温度对电场作用下油中水滴微观特征以及瞬态演变过程的影响。
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