CN109903820A - 一种确定双场耦合脱水装置最佳操作参数的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种确定双场耦合脱水装置最佳操作参数的方法，综合考虑了旋流离心场与高压电场作用，使用计算流体力学方法，联合流场控制方程和电场控制方程以及群体平衡方程，构建乳化油液滴在双场耦合强化作用下的动态聚结模型，利用群体平衡模型对装置中乳化液滴的聚结与破碎过程进行模拟，计算得到不同操作参数下的液滴尺寸分布、平均粒径以及分离效率，确定耦合装置达到最佳分离效果时的操作参数。

Description

一种确定双场耦合脱水装置最佳操作参数的方法

技术领域

本发明涉及废油处理技术领域，特别涉及一种确定双场耦合脱水装置最佳操作参数的方法。

背景技术

在废油资源化领域，对乳化油进行破乳脱水处理是一种比较常见的工艺环节。但是，往往运用单一的工艺方法难以有效快速实现乳化油液的破乳脱水处理。联合使用两种及以上的破乳工艺或操作单元，能够大大提高乳化油破乳脱水效率，是未来破乳脱水技术发展的方向。双场耦合脱水装置是以双锥段双切向式入口的旋流离心装置为本体结构，巧妙的嵌入高压电极，溢流管接高压电源正极，筒身接电源负极，在旋流室内形成同轴圆柱形高压电场。该装置结合了电破乳法和水力旋流器的优点，使得微小液滴在腔体电场中结聚增大，并利用旋流离心场分离大粒径液滴，实现油水的快速分离。

乳化液滴在耦合装置中受到电场聚结作用，使得液滴粒径增大，同时还会受到旋流离心场的离心剪切作用，使得粒径较大的液滴发生破碎，因此乳化液滴在耦合场中的聚结和破碎是一个动态过程。液滴粒径与旋流场提供的离心力有直接关联，影响了装置油水分离效果。因此，明确乳化液滴在装置中的聚结与破碎过程，以及液滴粒径分布，显得十分重要。电场强度和入口流速是双场耦合脱水装置的重要操作参数。其中，电场强度大小直接影响了乳化液滴的聚结效果；入口流速则直接关系到液滴在电场中的作用时间和油-水分离效率。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种双场耦合脱水装置及参数优化方法，该装置为集成高压电场和旋流离心场的耦合破乳脱水装置，实现废油乳化液的高效快速处理。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明提供的确定双场耦合脱水装置最佳操作参数的方法，包括以下步骤：

建立双场耦合脱水装置的网格模型；

构建乳化油液滴在双场耦合脱水装置模型作用下的动态聚结模型；

设置双场耦合脱水装置计算的初始条件；

设置乳化液滴在双场耦合脱水装置中聚结与破碎过程的操作参数；

按照网格模型计算在不同的操作参数下的乳化液滴分离效率；

根据分离效率确定耦合装置达到最佳分离效果时的操作参数。

进一步，所述按照网格模型计算在不同的操作参数下的乳化液滴分离效率时，还计算乳化液滴粒径分布和平均粒径。

进一步，所述网格模型按照以下步骤建立：

采用四面体和六面体混合网格对双场耦合脱水装置模型进行网格划分；

对电场与流场耦合处的网格进行加密处理；

对入口端与旋流腔相切处的网格进行加密。

进一步，所述动态聚结模型是联合流场控制方程、电场控制方程和聚结与破碎核函数进行建立的，具体按照以下步骤实现：

所述流场控制方程按照以下公式建立：

▽·ρu＝0 (1)

其中，

U表示混合液速度；U_W水相的速度表示；U₀表示油相的速度；

ρ_W表示水的密度；ρ₀表示油的密度；ρ表示混合液密度；

表示水的体积分数；

表示油的体积分数；

P表示压力；

σ_f表示粘性应力张量；

F_e表示液滴在耦合脱水装置中所受的电场力；

g表示重力加速度；

所述电场控制方程按照以下公式建立：

其中，

ε表示乳化液的相对介电常数；

ε₀表示真空介电常数；

E表示电场强度；

I表示单位张量；

所述聚结核函数按照以下步骤建立：

按照以下公式计算聚结速率：

λ(d_i,d_j)＝h(d_i,d_j)e(d_i,d_j) (9)

其中，

λ表示聚结速率；

d_i第i个液滴粒径；

d_j第j个液滴粒径；

h(d_i,d_j)表示直径分别为d_i和d_j液滴的碰撞频率；

e表示聚结效率；

按照以下公式建立碰撞频率函数：

其中，C₁表示常数；

采用液膜排干模型按照以下公式计算湍流场中乳化液滴的聚结效率：

其中，

h_i为液膜初始厚度；

h_f为液膜发生破裂的临界厚度；

按照以下公式计算电场中乳化液滴偶极聚结：

其中，

μ表示混合液粘度；

ε_o表示油相的相对介电常数；

按照以下公式计算双场耦合条件下乳化液滴的聚结核函数：

a(d_i,d_j)＝λ(d_i,d_j)+K(d_i,d_j)； (13)

其中，

K(d_i,d_j)表示乳化液滴在电场中的聚结核函数；

λ(d_i,d_j)表示乳化液滴在旋流场中的聚结核函数。

进一步，所述破碎核函数为乳化液滴破碎频率和液滴概率密度函数的乘积。乳化液滴的破碎频率按照以下公式计算：

其中，

g(d)表示破碎频率；

C₃表示常数；

C₄表示常数；

σ表示界面张力；

d表示液滴直径。

进一步，所述液滴粒径概率密度函数，具体如下：

其中，

β(d′，d)表示直径为d’的液滴破碎为直径为d的液滴的概率密度函数；

d′表示直径。

进一步，所述双场耦合脱水装置的初始条件按照以下方式设置边界条件及操作参数，具体如下：

设置双场耦合脱水装置的入口边界条件；

设置双场耦合脱水装置的出口边界条件；

设置双场耦合脱水装置的壁面边界条件；

设置油和水的物性参数；

设置液滴初始粒径及分布；

设定电场占空比、电压幅值和频率。

进一步，所述操作参数包括作用在双场耦合脱水装置上的电场强度参数；所述电场强度按照以下步骤确定：

确定耦合装置入口流速参数；

调节电场强度；

获取耦合装置的液滴粒径分布云图；

确定乳化液滴在电场中的分离效率；

获取分离效率最大时的电场强度作为最佳的电场强度参数。

进一步，所述操作参数包括作用在双场耦合脱水装置上的入口流速参数；所述入口流速参数按照以下步骤确定：

确定耦合装置的电场强度；

调节入口流速；

获取耦合装置的液滴粒径分布云图；

确定乳化液滴在电场中的分离效率，

获取分离效率最大时的入口流速作为最佳的入口流速参数。

本发明的有益效果在于：

本发明提供的确定双场耦合脱水装置最佳操作参数的方法，综合考虑了旋流离心场与高压电场作用，使用计算流体力学方法，联合流场控制方程和电场控制方程以及群体平衡方程，构建乳化油液滴在双场耦合强化作用下的动态聚结模型，利用群体平衡模型对装置中乳化液滴的聚结与破碎过程进行模拟，计算得到不同操作参数下的液滴尺寸分布、平均粒径以及分离效率，确定耦合装置达到最佳分离效果时的操作参数。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：

图1为双场耦合脱水装置模型。

图2为双场耦合脱水装置模型的计算网格。

图3为确定双场耦合脱水装置最佳操作参数方法流程图。

图4为确定双场耦合脱水装置最佳操作参数方法原理图。

图5入口液滴的累积液滴尺寸分布。

图6为耦合装置纵向截面上的索特平均粒径云图。

图7不同电压作用下，液滴体积分数分布示意图。

图8不同电压下耦合装置的分离效率和平均粒径。

图9耦合装置纵向截面上的索特平均粒径分布云图。

图10不同入口流速时，液滴体积分数分布示意图。

图11不同入口流速时耦合装置的分离效率和液滴平均粒径。

图中：1为溢流管、2为进油口、3为旋流室、4为大锥段、5为小锥段、6为底流管。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

实施例1

如图1所示，图1为双场耦合脱水装置模型，图1给出了脱水装置的多物理场耦合模型，所述双场耦合脱水装置包括溢流管、进油口、旋流室、大锥段、小锥段和底流管，其中，溢流管接电源正极，旋流室外表面接地作为负极，在旋流室中形成同轴圆柱形电场(图中红色区域)，乳化液滴在电场作用下聚结增大，在旋流场作用下实现快速油水分离。

所述旋流室上设置溢流管和进油口，所述进油口设置于旋流室外壁上，所述进油口与旋流室的管壁相切设置，以适于液流按照一定的速度进入旋流室，能在沿旋流室内壁旋转流动；所述溢流管沿旋流室的轴向设置；所述溢流管位于旋流室内部的外壁与旋流室内壁之间设置为高压电场；所述旋流室的另一侧与大锥段连接，所述大椎段另一侧与小锥段连接，所述小锥段的另一侧与底流管连接。

所述溢流管外壁设置有高压电源的正极，所述旋流室内壁设置有高压电源的负极，以适于在溢流管外壁和旋流室内壁之间区域内形成高压电场。所述旋流室上至少对称旋转设置两个进油口。所述旋流室、大锥段、小锥段、底流管之间采用焊接方式相连接为一个整体，所述溢流管和旋流室之间采用螺栓连接。

本实施例提供的双场耦合脱水装置通过利用具有一定速度的液流进入旋流室，流液就沿旋流室内壁旋转流动，从而形成旋液，该装置可以倾斜一定角度放置。

如图2所示，图2为双场耦合脱水装置模型的计算网格，其中，模型网格按照以下方式进行划分：采用四面体和六面体混合网格对双场耦合脱水装置模型进行网格划分，网格数量为312344，网格最大生长率为1.1，曲率因子为0.7网格示意图，电场与流场耦合处的网格质量对耦合模拟结果影响最为明显，因此在划分网格时应合理的进行加密处理。另外，入口端与旋流腔相切处的网格应当适当的进行加密，保证网格质量。

图3为确定双场耦合脱水装置最佳操作参数方法流程图，图4为确定双场耦合脱水装置最佳操作参数方法原理图；本实施例提供的确定双场耦合脱水装置最佳操作参数的方法，包括以下步骤：

建立双场耦合脱水装置的网格模型；

构建乳化油液滴在双场耦合脱水装置模型作用下的动态聚结模型；

设置双场耦合脱水装置的网格模型计算的初始条件和仿真条件，用于模拟不同操作参数时乳化液滴在双场耦合脱水装置中的破碎与聚结过程；

设置乳化液滴在双场耦合脱水装置中聚结与破碎过程的操作参数；

按照网格模型计算在不同的操作参数下的乳化液滴粒径分布、平均粒径和分离效率；

根据分离效率确定耦合装置达到最佳分离效果时的操作参数。

所述网格模型按照以下步骤建立：

采用四面体和六面体混合网格对双场耦合脱水装置模型进行网格划分；

对电场与流场耦合处的网格进行加密处理；

对入口端与旋流腔相切处的网格进行加密。

所述动态聚结模型是联合流场控制方程、电场控制方程和聚结与破碎核函数进行建立的，具体按照以下步骤实现：

(1)按照以下公式建立群体平衡方程，具体如下：

流场控制方程(N-S方程)

在双场耦合分离装置中，不可压缩流体满足如下连续方程和动量守恒方程：

▽·ρu＝0 (1)

其中，U表示混合液速度；U_W水相的速度表示；U₀表示油相的速度；

ρ_W表示水的密度；ρ₀表示油的密度；ρ表示混合液密度；

表示水的体积分数；

表示油的体积分数；

P表示压力；

σ_f表示粘性应力张量；

F_e表示液滴在耦合脱水装置中所受的电场力；

g表示重力加速度；

电场控制方程

由于Fluent(ANSYS 16.0)软件中并没有相应的电场耦合模块，所以本文采用用户自定义函数将电场力转换为外部体积力作为源项添加到N-S方程的中。液滴在耦合脱水单元内部所受的电场力F_e可表示：

其中，ε表示乳化液的相对介电常数；

ε₀表示真空介电常数；

E表示电场强度；

I表示单位张量；

聚结核函数

假设耦合单元中液滴的碰撞为二元碰撞，液滴粒径分别为d_i和d_j之间的聚结速率λ，可以表示为碰撞频率h和聚结效率e的乘积。即：

λ(d_i,d_j)＝h(d_i,d_j)e(d_i,d_j) (4)

旋流离心装置中的液滴碰撞主要由湍流波动引起的。碰撞频率函数可以表示为：

其中，C₁表示常数；

液滴之间的碰撞可以导致两种结果-聚并和反弹，因此利用聚并效率来描述液滴碰撞的结果。湍流场中乳化液滴的聚结效率采用液膜排干模型计算：

其中，hi和hf分别为液膜初始厚度和发生破裂的临界厚度,μ_w为水的粘度。在电场中，乳化液滴会发生偶极聚结，聚结速率计算如下：

ε_o表示油的相对介电常数；

因此，双场耦合条件下乳化液滴的聚结核函数为

a(d_i,d_j)＝λ(d_i,d_j)+K(d_i,d_j) (8)

破碎核函数

乳化液滴的破碎频率公式为：

σ表示乳化液滴表面张力；

液滴粒径概率分布函数可以用来计算液滴的粒径分布，表示如下：

本实施例中的公式(9)和(10)的乘积表示破碎核函数。

本实施例提供的确定双场耦合脱水装置最佳操作参数方法按照用户自定义函数udf(是user defined function)来具体实现的，具体如下：

Step1：根据聚结核函数定义聚结速率

乳化液滴在装置中同时受到电场和离心场的作用，因此乳化液滴在双场耦合作用下的聚结核函数为其在电场和旋流场单独作用下的聚结函数之和，即a(di,dj)＝λ(d_i,d_j)+K(d_i,d_j)。利用宏DEFINE_PB_COALESCENCE_RATE对乳化液滴的聚结速率进行定义。其中，电场强度采用宏C_UDSI_G(c,t,0)进行求解，并且利用宏C_UDMI(c,t,0)储存电场强度以供后续UDF调用。

所述宏DEFINE_PB_COALESCENCE_RATE是指按照公式(8)来定义的。

所述C_UDMI(c,t,0)是访问或存储单元中用户自定义内存的值的宏。

所述C_UDSI_G(c,t,0)是访问计算用户自定义标量传输方程梯度的单元变量的宏。

Step2：根据破碎频率和概率分布函数定义破碎速率

根据式9、10，利用两个宏对乳化液滴的破碎频率和概率分布进行定义，其中一个宏为宏DEFINE_PB_BREAK_UP_RATE_FREQ，另一个宏为DEFINE_PB_BREAK_UP_RATE_PDF。

所述DEFINE_PB_BREAK_UP_RATE_FREQ按照公式(9)来定义。

所述DEFINE_PB_BREAK_UP_RATE_PDF按照公式(10)来定义的。

具体如下：

在UDF函数中利用宏C_UDSI_G(c,t,0)计算出每个单元在x,y,z方向上的电场强度，并设定Numberof User-Defined Memory Locations为4为宏C_UDMI(c,t,0)提供四个存储位置，用以存储三个方向上的电场强度以及总电场强度，供后续UDF程序的访问和调用。

程序编译过程：Define→User-Defined→Function→Compiled将聚结和破碎核函数代码添加到sourcefiles中进行编译。

群体平衡模型(PBM)设置：打开Population Balance，勾选Discrete Method，设置分散相分组数量、RatioExponent以及最大和最小直径，勾选Aggregation Kernel选项，选择User-Defined，将聚结核函数加载到PBM中；同样的，勾选Breakage Kernel选项，选择User-Defined，将破碎频率函数和概率密度函数加载到PBM中。

Step3：将液滴粒径以索特平均直径的形式输出到流场方程中。

具体如下：

执行Define→Phases→Secondary Phase，将分散相直径改为sauter-mean，实现PBM与流场方程的联通。

按照以下方式确定边界条件及参数设置，具体如下：

(1)入口边界条件：

入口边界为速度入口，两个入口的流量相同，为Q_i＝2.4、3.2、4、4.8m³/h，算得法向速度大小为6、8、10、12m/s，其余两个方向为0。

(2)出口边界条件：出口边界为自由出流，设定底流分率为10％。

(3)壁面边界条件：壁面处采用无滑移边界条件，近壁面区域采用标准壁面函数进行处理。

(4)将液滴尺寸分为10组，乳化液滴中位粒径为100μm，入口液滴的累积液滴尺寸分布如图5所示，图5为入口液滴的累积液滴尺寸分布示意图。

(5)油和水的物性参数，如表1所示。

表1 20℃时油和水的物性参数

设定电场占空比为50％，电压幅值为0、8、11、13kV，频率为6Hz。对模型的瞬态，研究15s时刻耦合装置中液滴粒径分布及分离效率。压力速度耦合采用SIMPLEC算法；梯度项选择Least Squares Cell Based算法；压力项选择PRESTO算法；Momentum,VolumeFraction,Turbulent Kinetic Energy,Turbulent Dissipation Rate and ReynoldStresses选择QUICK算法。

最后进行数值模拟结果，具体如下：

(1)确定最佳电场强度

当入口流速为10m/s时，不同电压下耦合装置纵向截面(x＝0mm)的粒径分布，如图6所示。从图中可以看出，耦合装置轴线区域存在许多难以分离的微小液滴，这些微小液滴分散在油液中，聚集于装置轴线区域。随着电场强度的提高，微小液滴粒径区域逐渐减少，这说明电场使得乳化油液中的微小液滴聚结增大，降低油相中的含水量，提高分离效率。相比于图6(a)，施加电场后，装置旋流室段液滴粒径明显增大，并且电压越高，粒径越大。这是因为电场提高了乳化液滴的聚结速率，使得液滴粒径增大，为后续的旋流分离提供了便利。此外，并且由于是同轴圆柱型电场，所以在电场区域，液滴粒径沿径向逐渐减小。

图6(a)-(d)中分别表示耦合装置分别施加不同电压时纵向截面上的索特平均粒径云图，其中，图6(a)0kV,图6(b)8kV,图6(c)11kV,图6(d)13kV。

图7(a)-(d)为不同电压下，z＝812mm,700mm,600mm和100mm截面耦合装置内部液滴体积分数分布。图7(a)中，相比于无电场情况，当U＝13kV时，大液滴(大于400μm)的体积分数增大了约一倍，小液滴(小于100μm)的体积分数降低了约40％。这是因为电场的施加使得液滴发生偶极聚结并且聚结速率随着电场强度的增大而增大。在z＝700mm截面，由于大锥段为耦合装置的旋流加速段，湍流强度和剪切力较大，导致液滴发生破碎，大液滴的体积分数略微减小。装置小锥段为二次旋流加速段和反向流形成的区段，由于锥角较小，旋流加速作用较小，不足以形成较大的湍流强度，但是略微增大了液滴之间的碰撞频率，导致液滴粒径增大。此外，尽管尾管段中的液滴碰撞频率较小，但是粒径较大，仍然可以得到较大的结聚速率，使得液滴的尺寸分布随电压增大变化不大，如图7(d)所示。

图7(a)-(d)分别表示在不同电压作用下，液滴体积分数分布图7(a)z＝812mm,图7(b)z＝700mm,图7(c)z＝600mm,图7(d)z＝100mm。

如图8所示，图8为四种不同电压下耦合装置的分离效率和平均粒径，从图中不难看出，随着电压升高，装置脱水效率逐渐提高，当U＝11kV时达到峰值，然后保持平稳。这是因为更高的电压能够得到更多的大液滴，但是液滴粒径的增大同样增大了液滴的破碎速率，导致分离效率不能随着电压升高而继续增大。另外，液滴粒径随电压的变化趋势与分离效率的变化趋势基本保持一致，更加证明了液滴粒径是影响分离效率的重要因素之一。相比于无电场情况，U＝11kV时，平均粒径增大了60％，分离效率增大了27.5％。

(2)确定最佳入口流速

如图9所示为U＝11kV时，入口流速分别为6、8、10、12m/s时耦合装置纵向截面的液滴粒径分布云图。从图9中可以看出，随着入口流速的降低，电场区域的液滴粒径逐渐增大。这是因为入口流速减小，降低了乳化油液在耦合装置中的轴向速度，增大了油液在电场中的聚结时间，使得液滴尽可能的聚结增大。而且较小的入口流速会引起较小的湍流强度，使得大液滴尽可能少的发生破碎现象，有利于油水两相分离；但是由于入口流速的降低，直接减小装置内部流体的切向速度，降低了耦合装置的油水分离性能，导致耦合装置轴线区域的液滴增多，提高了溢流口中油液的含水量，降低装置的分离效率。

图9(a)-(d)分别表示不同入口流速时耦合装置纵向截面上的索特平均粒径分布云示意图，图9(a)6m/s,图9(b)8m/s,图9(c)10m/s,图9(d)12m/s。

图10(a)-(d)分别为z＝812mm,700mm,600mm和100mm截面，U＝11kV时四种不同入口流速下的液滴体积分数分布。在装置旋流室段，由于入口流速的增大，提高了装置内部流体的轴向速度，减少了乳化液滴在电场中的停留时间，导致大液滴的体积分数逐渐减小。通过对比发现，相对于v＝12m/s时的情况，当v＝6m/s时，小液滴的体积分数降低了约45％，大液滴体积分数增大了约40％。图10(b)中，相比于旋流室段大液滴的体积分数略有减少，这是因为大锥段的湍流强度和湍流扩散率较大，增大了大液滴发生破碎的可能性。图10(c)中相比于大锥段，由于小锥段湍流强度较小，液滴发生碰撞聚结，大液滴体积分数略有增加。尾管段中四种入口流速下的液滴体积分数分布相似，这与图7(d)中提到的原因一致。

图10(a)-(d)表示不同入口流速时的示意图，液滴体积分数分布，图10(a)z＝812mm,图10(b)z＝700mm,图10(c)z＝600mm,图10(d)z＝100mm。

如图11所示，图11为不同入口流速时耦合装置的分离效率和液滴平均粒径，随着入口流速的增大，耦合装置分离效率先增大，当入口流速为10m/s时达到峰值，而后降低。这是因为在低速段，入口流速的增大使得装置内部流体的切向速度增大，提高了分离性能。入口流速继续增大，使得装置内部湍流强度增强，大液滴破碎率增加，导致分离效率降低。并且液滴平均粒径随入口流速的增大逐渐减小，这与分析耦合装置内部粒径分布得到的结论是一致的。

从上述分析中可以得出，电场对液滴粒径分布的影响较为明显。当U＝11kV时，耦合装置的分离性能最好，相比于无电场情况，液滴平均粒径增大了60％，分离效率提高了27.5％。入口流速直接关系到乳化液滴在电场中的聚结时间和油-水分离效率，当入口流速为10m/s时，分离效率最大。

本实施例提供的方法通过以下试验进行验证，具体如下：

选用46号透平油为连续相，水为分散相，将Span-80作为乳化剂，以5g/L的浓度加入到混合液中以制备含水量为10％的油水混合液。在配置过程中，采用间歇式搅拌。当搅拌器不工作时，对水滴粒径进行实时采样分析。当d_dsd,50＝100μm时，搅拌器停止工作，并将配置好的乳化液放入存储罐中待用。通过调节螺杆泵变频器和高压脉冲电源分别进行不同电压和入口流速下的脱水试验。分离结束后，从溢流罐中取样，利用石油含水率仪(SYD-2122C)来检测样品水含量，最后利用公式(7)计算装置脱水效率。为了排除短时间波动和取样深度对样品含水量的影响，将液位分为3层，每隔3分钟从各层取样一次，共取三次，其平均值即为溢流罐中油液的含水量

其中，φ_w为乳化液含水量。

表2不同电压下，装置分离效率

表3不同入口流速下，装置分离效率

表2和3分别为不同电压和入口流速时，双场耦合脱水装置的试验结果。对比图8和11可以看出，数值结果与试验结果保持一致，表明本专利提出的确定双场耦合脱水装置最佳操作参数的方法是合理可行的。

以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (9)

1.一种确定双场耦合脱水装置最佳操作参数的方法，其特征在于：包括以下步骤：

建立双场耦合脱水装置的网格模型；

构建乳化油液滴在双场耦合作用下的动态聚结模型；

设置双场耦合脱水装置的网格模型计算的初始条件和仿真条件；

设置乳化液滴在双场耦合脱水装置中聚结与破碎过程的操作参数；

按照网格模型计算在不同的操作参数下的乳化液滴分离效率；

根据分离效率确定耦合装置达到最佳分离效果时的操作参数。

2.如权利要求1所述的确定双场耦合脱水装置最佳操作参数的方法，其特征在于：所述按照网格模型计算在不同的操作参数下的乳化液滴分离效率时，还计算乳化液滴粒径分布和平均粒径。

3.如权利要求1所述的确定双场耦合脱水装置最佳操作参数的方法，其特征在于：所述网格模型按照以下步骤建立：

采用四面体和六面体混合网格对双场耦合脱水装置模型进行网格划分；

对电场与流场耦合处的网格进行加密处理；

对入口端与旋流腔相切处的网格进行加密。

4.如权利要求1所述的确定双场耦合脱水装置最佳操作参数的方法，其特征在于：所述动态聚结模型是联合流场控制方程、电场控制方程和聚结与破碎核函数进行建立的。

5.如权利要求4所述的确定双场耦合脱水装置最佳操作参数的方法，其特征在于：所述聚结核函数按照以下步骤建立：

按照以下公式计算聚结速率：

λ(d_i,d_j)＝h(d_i,d_j)e(d_i,d_j)(1)

其中，

λ(d_i,d_j)表示直径为d_i和d_j的两个液滴的聚结速率；

h(d_i,d_j)表示直径分别为d_i和d_j液滴的碰撞频率；

e(d_i,d_j)表示直径为d_i和d_j的两个液滴的聚结效率；

d_i、d_j表示任意两个液滴的直径；

按照以下公式建立碰撞频率函数：

其中，

C₁表示常数；

采用液膜排干模型按照以下公式计算湍流场中乳化液滴的聚结效率：

其中，

h_i为液膜初始厚度；

h_f为液膜发生破裂的临界厚度；

μ_w表示水的粘度；

按照以下公式计算乳化液滴在电场中的聚结速率：

其中，

μ表示混合液粘度；

ε_o表示油相的相对介电常数；

E表示电场强度；

按照以下公式计算双场耦合条件下乳化液滴的聚结核函数：

a(d_i,d_j)＝λ(d_i,d_j)+K(d_i,d_j)(5)。

6.如权利要求4所述的确定双场耦合脱水装置最佳操作参数的方法，其特征在于：所述乳化液滴的破碎核函数为液滴破碎频率和概率密度函数的乘积，液滴破碎频率按照以下公式计算：

其中，

g(d)表示直径为d的液滴的破碎频率；

C₃表示常数；

C₄表示常数；

σ表示界面张力；

d表示液滴直径。

液滴分布的概率密度函数按照以下公式计算：

其中，

β(d′，d)表示直径为d’的液滴破碎为直径为d的液滴的概率密度函数；

d′表示液滴直径。

7.如权利要求1所述的确定双场耦合脱水装置最佳操作参数的方法，其特征在于：所述双场耦合脱水装置的初始条件按照以下方式设置边界条件及操作参数，具体如下：

设置双场耦合脱水装置的入口边界条件；

设置双场耦合脱水装置的出口边界条件；

设置双场耦合脱水装置的壁面边界条件；

设置油和水的物性参数；

设置液滴初始粒径及分布；

设定电场占空比、电压幅值和频率。

8.如权利要求2所述的确定双场耦合脱水装置最佳操作参数的方法，其特征在于：所述操作参数包括作用在双场耦合脱水装置上的电场强度参数；所述电场强度按照以下步骤确定：

确定耦合装置的入口流速参数；

调节电场强度；

获取耦合装置的液滴粒径分布云图；

确定乳化液滴在电场中的分离效率；

获取分离效率最大时的电场强度作为最佳的电场强度参数。

9.如权利要求2所述的确定双场耦合脱水装置最佳操作参数的方法，其特征在于：所述操作参数包括作用在双场耦合脱水装置上的入口流速参数；所述入口流速参数按照以下步骤确定：

确定耦合装置的电场强度；

调节入口流速；

获取耦合装置的液滴粒径分布云图；

确定乳化液滴在电场中的分离效率，

获取分离效率最大时的入口流速作为最佳的入口流速参数。