CN111579144A - 乳状液中双弥散界面压力同步测量装置及方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了乳状液中双弥散界面压力同步测量装置及方法和应用，所述乳状液中双弥散界面压力同步测量装置包括承载台、安装于承载台上的用于构建向不同方向压缩的油‑水界面的界面压力构建装置、及用于测定界面压力的测量装置。通过本发明实现了界面压力同步测量；同时解决现存的界面压力测量装置结构复杂或精度差、成本高的问题。

Description

乳状液中双弥散界面压力同步测量装置及方法和应用

技术领域

本发明属于液体界面压力测量技术领域，涉及两相液体界面处压力的测量装置，具体涉及一种乳状液中双弥散界面压力同步测量装置及方法和应用。

背景技术

目前，随着油水混合物乳状液研究范围的拓展，混合物乳状液中界面湍动、界面压力、界面区的质量传递规律等内容被研究的越来越多。由于油-水混合物乳状液的介观（介于宏观和微观）界面区存在纯净的油相和水相之间的弥散质量传递，弥散的组分在界面区形成界面缔合物，而界面缔合物在界面区的存在将对界面压力产生影响。

由于宏观的油-水界面可以看作是由大量的介观（微观）界面组成，因此，对宏观界面的作用也可以反应介观界面区的实际效果。缔合物在界面区形成以后将短暂存在于界面区，当界面被压缩时缔合物积累将导致界面压力快速升高；当停止压缩界面区时，缔合物具有反向的迁移趋势，缔合物反向迁移又将导致界面压力缓慢降低。油-水界面区界面压力的这种变化信号非常微弱，需要反应迅速、结构简单、测量精确的装置来测量。

现存的界面压力的测量装置精度高的成本很高，一台设备动辄几万元；而结构简单的设备成本虽然稍低，但是测量精度和反应速度难以满足使用要求，界面压力微小变化难以准确测量；最重要的一点是当向不同方向（由水向油压缩/由油向水压缩）压缩油-水界面时现存的装置难以同时同步测量两处界面的界面压力变化。因此，设计一款能够解决以上问题并满足使用要求的油-水界面压力测量装置迫在眉睫。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提供一种乳状液中双弥散界面压力同步测量装置及方法和应用，能够同时测量由油向水压缩和由水向油压缩两种不同压缩方向时的界面压力变化，能够对微小界面压力变化信号迅速反应，实现界面压力同步测量；同时解决现存的界面压力测量装置结构复杂或精度差、成本高的问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

首先，本发明提供一种乳状液中双弥散界面压力同步测量装置，包括承载台、安装于承载台上的用于构建向不同方向压缩的油-水界面的界面压力构建装置、及用于测定界面压力的测量装置。

进一步的，所述的界面压力构建装置包括减速电机、左水槽、右水槽、可移动储油槽、位于界面处的油-水压缩线和水-油压缩线、压缩标尺；所述的左水槽、右水槽分别位于所述储油槽的左右两端；所述的压缩标尺与减速电机连接，压缩标尺通过滑轮装置安装在承载台上，在减速电机的带动下移动进而压缩油-水压缩线和水-油压缩线对界面进行压缩。

进一步的，所述的用于测定界面压力的测量装置包括四根拉伸线、天平和砝码，所述的油-水压缩线和水-油压缩线的两端分别连接一根拉伸线，拉伸线的另一端连接砝码，砝码放置在天平上。

进一步的，所述承载台的两端均设置有两个减速电机，所述的滑轮装置包括安装于所述压缩标尺两端的滑轮和动力线，动力线绕于滑轮上，并且一端连接在减速电机上，另一端连接在用以固定动力线的位置承受拉力的固定栓上，减速电机同步运动，通过动力线拉动滑轮旋转并带动压缩标尺运动。

进一步的，所述左水槽和右水槽分别设有左储水槽和右储水槽。

进一步的，所述的油-水压缩线和水-油压缩线为油、水均相斥的软线。

进一步的，所述拉伸线与承载台之间设置有用以规范拉伸线的位置和减少摩擦力的线槽轮。

然后，本发明还提供一种乳状液中双弥散界面压力同步测量方法，包括以下步骤：

S1、安装如前所述的乳状液中双弥散界面压力同步测量装置；

S2、向所述储油槽加入硅油，向左储水槽和右储水槽分别加入去离子水，会在硅油与去离子水连接处同时形成两个接触的界面，此处的界面就是测试界面压力的工作位置；

S3、开始试验，将压缩标尺置于工作初始位置，将天平示数校准显示“0”，承载台上的左水槽、右水槽分别和左储水槽和右储水槽连接在一起，在流动作用下硅油和去离子水会在储油槽原先的位置形成两个平行的界面；

S4、启动减速电机，压缩标尺在减速电机的带动下压缩界面，两个界面分别由水向硅油压缩和由硅油向水压缩；界面处的油-水压缩线和水-油压缩线对界面产生压缩作用，界面压力变化通过拉伸线向砝码施加运动趋势，天平的示数变化；

S5、天平示数变化经过转化，反映界面压力变化量。

本发明还提供了乳状液中双弥散界面压力同步测量装置的应用，通过如前所述的乳状液中双弥散界面压力同步测量方法测得不同压缩方向的界面压力，用于确定界面缔合物向不同方向迁移的强度。

与现有技术相比，本发明优点在于：

（1）解决如今缺少一款能够对微小界面压力变化信号迅速反应的测量装置的问题，能够对微小界面压力变化信号迅速反应；

（2）解决现存的界面压力测量装置难以同步测量不同压缩方向时不同界面压力的变化规律的问题，能够同时测量由油向水压缩和由水向油压缩两种不同压缩方向时的界面压力变化，实现界面压力同步测量；

（3）由于两个界面是被同时同步压缩的，界面压力的变化也是同步的，通过两个界面压力的差异就能够实现通过界面压力反映界面弥散传质规律的测量要求，将测得的不同压缩方向的界面压力经过对比处理，就通过实验数据定量的反映了缔合物向不同方向迁移的强度。

（4）解决现存的界面压力测量装置结构复杂或精度差、成本高的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的结构示意图。

图中，1、承载台；2、减速电机；3、固定栓；4、滑轮；5、线槽轮；6、变向滑轮；7、左水槽；8、左储水槽；9、电源线；10、电源；11、油-水压缩线；12、储油槽；13、水-油压缩线；14、压缩标尺；15、右水槽； 16、右储水槽；17、拉伸线；18、固定轴；19、轻质横杆；20、天平；21、砝码；22、动力线。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的说明。

实施例1

本实施例设计了乳状液中双弥散界面压力同步测量装置，设计思路是最大限度保证测量精度和降低成本的前提下，利用双水槽和可拆卸单油槽的结构同时构建可供向不同方向压缩的两个油-水界面。在形成的两个油-水界面区，分别放置有与油、水均相斥的测量细线能够对界面进行压缩。界面压力对这种微小的压缩作用反应灵敏，界面压力的微小变化信号通过界面压缩细线与砝码连接，放置在万分之一天平上，通过天平示数的变化经过转化成为界面压力的变化数据。下面具体介绍乳状液中双弥散界面压力同步测量装置的结构设计。

如图1所示，乳状液中双弥散界面压力同步测量装置，包括承载台1、安装于承载台1上的用于构建向不同方向压缩的油-水界面的界面压力构建装置、及用于测定界面压力的测量装置。

其中，界面压力构建装置包括减速电机2、左水槽7、右水槽15、可移动储油槽12、位于界面处的油-水压缩线11和水-油压缩线13、及压缩标尺14。所述的左水槽7、右水槽15分别位于所述储油槽12的左右两端，左水槽7和右水槽15分别设有左储水槽8和右储水槽16，左水槽7与左储水槽8连接在一起，右水槽15和右储水槽16连接在一起，当向储油槽12加入硅油，向左储水槽8和右储水槽16分别加入去离子水时，会在硅油与去离子水连接处同时形成两个接触的界面，此处的界面就是测试界面压力的工作位置。

其中的储油槽12可拆卸移动，在工作时加注硅油完成后，可以拆卸移动使加注的硅油能够同时形成两个平行的油-水和水-油界面，提高测试效率，并保证测试条件的统一，满足实验的精度要求以及同步测量地要求。

承载台1的两端均设置有两个减速电机2（共四个），减速电机2由电源10通过电源线9连接、提供动力，压缩标尺14与减速电机2连接，压缩标尺14通过滑轮装置安装在承载台1上，滑轮装置包括安装于压缩标尺14两端的滑轮4和动力线22，动力线22绕于滑轮4上，并且一端连接在减速电机2上，另一端连接在用以固定动力线22的位置承受拉力的固定栓3上，减速电机2同步运动，通过动力线22拉动滑轮4旋转并带动压缩标尺14运动。压缩标尺14在减速电机2的带动下移动进而压缩油-水压缩线11和水-油压缩线13对界面进行压缩。两个界面分别由不同方向（由水向硅油压缩和由硅油向水压缩）被压缩。

所使用的油-水压缩线11和水-油压缩线13为油、水均相斥的软线。

所述的用于测定界面压力的测量装置包括四根拉伸线17（两边各两根）、天平20和砝码21。软质的压缩线能够随着压缩标尺14的压缩方向而对界面产生微小的压缩作用。界面压力对这种微小的压缩作用反应灵敏，因此通过高灵敏度的天平20来测量界面压力的微小变化。油-水压缩线11和水-油压缩线13的两端分别连接一根拉伸线17，拉伸线17的另一端连接砝码21，砝码21放置在天平20上。界面压力有微小变化会通过拉伸细线向砝码21施加一种向上运动的趋势，天平20的示数变化经过转化就是界面压力的变化量。因此经过试验验证，界面压力由天平20测量，测量的数值是砝码21的重力变化量，该变化量经过转化就是界面压力的变化数值，即测量数值改变0.001相当于界面压力改变0.01MN。

关于前述的压力数据测量的实现具体方式是，本实施例采用了轻质横杆19，轻质横杆19的两端分别连接拉伸线17，轻质横杆19的中间设计一根细线，用于连接砝码21，本实施例具有两组天平、砝码。

测量装置的主要结构均位于承载台1上，拉伸线17与承载台1容易产生摩擦的位置设置有线槽轮5，用以规范拉伸线17的位置和减少摩擦力。本实施例还设计了两根固定轴18，线滑轮5通过固定轴18连接在一起保持位置的相对稳定，防止连接的几个滑轮位置发生改变。

此外，由于油-水压缩线11（或水-油压缩线13）两端的两根拉伸线17之间趋势相互靠近，因此分别在两端设计了变向滑轮6，本实施例的变向滑轮6设于右水槽15和右储水槽16之间的凹槽处，两端的两根拉伸线17在变向滑轮6的作用下改变方向，便于后续的数据测量。本实施例的乳状液中双弥散界面压力同步测量装置利用双水槽和可拆卸单油槽的结构能够同时构建可供向不同方向压缩的两个油-水界面。在形成的两个油-水界面区，分别放置有与油、水均相斥的压缩线能够对界面进行压缩。当承载台两端的减速电动机拉动压缩标尺运动时，能够同时对两个油-水界面产生压缩作用。界面压力的微小变化信号通过拉伸线与砝码连接，放置在万分之一天平上，通过天平示数的变化经过转化成为界面压力的变化数据。由于两个界面是被同时同步压缩的，界面压力的变化也是同步的，实现界面压力同步测量。

本装置的部分误差经过分析能够满足工程实验要求，总误差经过计算数值为2.98%，完全能够满足测试要求。

实施例2

本实施例设计了乳状液中双弥散界面压力同步测量方法，通过实施例1所述的界面压力同步测量装置进行，其中具体结构设计及工作原理可参见实施例1，此处不再赘述。主要包括以下步骤：

S1、安装乳状液中双弥散界面压力同步测量装置；

S2、向所述储油槽12加入硅油，向左储水槽8和右储水槽16分别加入去离子水，会在硅油与去离子水连接处同时形成两个接触的界面，此处的界面就是测试界面压力的工作位置；

S3、开始试验，将压缩标尺14置于工作初始位置，将天平20示数校准显示“0”，承载台1上的左水槽7、右水槽15分别和左储水槽8和右储水槽16连接在一起，在流动作用下硅油和去离子水会在储油槽12原先的位置形成两个平行的界面；

S4、启动减速电机2，压缩标尺14在减速电机2的带动下压缩界面，两个界面分别由水向硅油压缩和由硅油向水压缩；界面处的油-水压缩线11和水-油压缩线13对界面产生压缩作用，界面压力变化通过拉伸线17向砝码21施加运动趋势，天平20的示数变化；

S5、天平20示数变化经过转化，反映界面压力变化量。

通过本实施例的方法同步测量不同压缩方向时不同界面压力的变化规律，通过两个界面压力的差异还能够实现通过界面压力反应界面弥散传质规律的测量要求。

实施例3

本实施例提供了乳状液中双弥散界面压力同步测量装置/方法的应用，通过实施例2所述的乳状液中双弥散界面压力同步测量方法测得不同压缩方向的界面压力，用于确定界面缔合物向不同方向迁移的强度。

由于缔合物的分布不平衡性的特点，当向不同方向压缩界面时，这时的平行界面处测得的界面压力是不同的。将测得的不同压缩方向的界面压力经过对比处理，就通过实验数据定量的反映了缔合物向不同方向迁移的强度。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不限于上述举例，本技术领域的普通技术人员，在本发明的实质范围内，做出的变化、改型、添加或替换，都应属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.乳状液中双弥散界面压力同步测量装置，其特征在于，包括承载台（1）、安装于承载台（1）上的用于构建向不同方向压缩的油-水界面的界面压力构建装置、及用于测定界面压力的测量装置。

2.根据权利要求1所述的乳状液中双弥散界面压力同步测量装置，其特征在于，所述的界面压力构建装置包括减速电机（2）、左水槽（7）、右水槽（15）、可移动储油槽（12）、位于界面处的油-水压缩线（11）和水-油压缩线（13）、及压缩标尺（14）；所述的左水槽（7）、右水槽（15）分别位于所述储油槽（12）的左右两端；所述的压缩标尺（14）与减速电机（2）连接，压缩标尺（14）通过滑轮装置安装在承载台（1）上，在减速电机（2）的带动下移动进而压缩油-水压缩线（11）和水-油压缩线（13）对界面进行压缩。

3.根据权利要求2所述的乳状液中双弥散界面压力同步测量装置，其特征在于，所述的用于测定界面压力的测量装置包括四根拉伸线（17）、天平（20）和砝码（21），所述的油-水压缩线（11）和水-油压缩线（13）的两端分别连接一根拉伸线（17），拉伸线（17）的另一端连接砝码（21），砝码（21）放置在天平（20）上。

4.根据权利要求3所述的乳状液中双弥散界面压力同步测量装置，其特征在于，所述承载台（1）的两端均设置有两个减速电机（2），所述的滑轮装置包括安装于所述压缩标尺（14）两端的滑轮（4）和动力线（22），动力线（22）绕于滑轮（4）上，并且一端连接在减速电机（2）上，另一端连接在用以固定动力线（22）的位置承受拉力的固定栓（3）上，减速电机（2）同步运动，通过动力线（22）拉动滑轮（4）旋转并带动压缩标尺（14）运动。

5.根据权利要求4所述的乳状液中双弥散界面压力同步测量装置，其特征在于，所述左水槽（7）和右水槽（15）分别设有左储水槽（8）和右储水槽（16）。

6.根据权利要求2所述的乳状液中双弥散界面压力同步测量装置，其特征在于，所述的油-水压缩线（11）和水-油压缩线（13）为油、水均相斥的软线。

7.根据权利要求3所述的乳状液中双弥散界面压力同步测量装置，其特征在于，所述拉伸线（17）与承载台（1）之间设置有用以规范拉伸线（17）的位置和减少摩擦力的线槽轮（5）。

8.乳状液中双弥散界面压力同步测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、安装权利要求5所述的乳状液中双弥散界面压力同步测量装置；

S2、向所述储油槽（12）加入硅油，向左储水槽（8）和右储水槽（16）分别加入去离子水，会在硅油与去离子水连接处同时形成两个接触的界面，此处的界面就是测试界面压力的工作位置；

S3、开始试验，将压缩标尺（14）置于工作初始位置，将天平（20）示数校准显示“0”，承载台（1）上的左水槽（7）、右水槽（15）分别和左储水槽（8）和右储水槽（16）连接在一起，在流动作用下硅油和去离子水会在储油槽（12）原先的位置形成两个平行的界面；

S4、启动减速电机（2），压缩标尺（14）在减速电机（2）的带动下压缩界面，两个界面分别由水向硅油压缩和由硅油向水压缩；界面处的油-水压缩线（11）和水-油压缩线（13）对界面产生压缩作用，界面压力变化通过拉伸线（17）向砝码（21）施加运动趋势，天平（20）的示数变化；

S5、天平（20）示数变化经过转化，反映界面压力变化量。

9.乳状液中双弥散界面压力同步测量装置的应用，其特征在于，通过权利要求8所述的乳状液中双弥散界面压力同步测量方法测得不同压缩方向的界面压力，用于确定界面缔合物向不同方向迁移的强度。

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