乳化原油的超声波脱水研究

从理论上分析了油中的水滴粒子在超声波辐射下的位移效应,给出了超声波分离油水的理论根据．针对其它物理化学方法不能有效破乳的污水回收油进行了实验,证实了超声波分离乳化原油中油和水的可行性、得到了超声波破乳脱水的声学参数．     

基于兰姆波在倾斜镜子基板上的油水微分离实验*

该文提出利用兰姆波在倾斜的镜子基板上推动油水混合液滴,实现油水的微分离。实验主要研究了油水混合液滴在分离过程中的运动位移特性关系。运用Navier-Stokes、声流力等方程进行理论分析,发现混合液滴在分离过程中水滴所受到的驱动力大于油滴。通过对实验多变量的控制、单一变量的研究、建立油水混合液滴在倾斜镜子基板上受力平衡方程,发现激发电压、油水混合比例、基板倾角三个因素对油水微分离位移实验有着重要的影响。结果表明:当基板倾角和油水混合比例一定时,油水分离位移随着激发电压的增大而减小;在激发电压和基板倾角不变时,油水分离位移随着油水混合比例的减小而减小;当激发电压和油水混合比例不变时,油水分离位移随着基板倾角的增大而减小。该油水分离方法可以被应用到其他非压电基板上,为获得其他两种不相溶混合液滴的分离提供技术支持。     

乙醇蒸汽氛围中水滴蒸发热动力学特性实验研究

为了探究异质蒸气氛围对附壁液滴蒸发过程的影响，采用实验观测的方式分析了低压乙醇蒸气氛围中水滴蒸发热动力学特性。实验结果表明，液滴蒸发冷却效应诱导产生气液界面处的切向温度梯度及液滴内部的法向温度梯度。液滴蒸发初期，切向温度梯度诱导产生的Marangoni流动占据主导地位，自由界面近三相线处温度分布呈齿轮状。随着蒸发的进行，齿轮状热流型逐渐演变为多流胞状结构，并逐渐脱离三相线朝自由界面中心处移动。随着液滴高度的降低，法向温度梯度逐渐占据主导地位，浮力效应诱导产生Bérnard-Marangoni流胞。在低压乙醇蒸气氛围中，乙醇在液滴界面生成溶解热，使得界面热质传递过程更为复杂，观察到多类不稳定流型演化过程。随着初始时刻乙醇蒸气压力的降低，液滴蒸发速率增加，流动不稳定性增强。     

人字形波纹板相变流动及换热特性研究

针对人字形波纹板流道内蒸发换热过程进行了三维建模和数值模拟,研究了不同波纹倾角下人字形波纹板蒸发换热时流动及换热特性,并与单相流换热特性进行了对比。结果表明,蒸发相变对人字形波纹板内流体的流动形态影响不大,波纹倾角对人字形波纹板表面气相体积分数分布影响较大;相同波纹参数下,蒸发换热换热系数比单相流换热换热系数提高20%~100%;随着波纹倾角的增大,蒸发换热增强,波纹倾角为75°时换热性能最优。     

平行流热管换热器传热传质特性的数值模拟研究

建筑排风冷能回收是降低建筑能耗的重要手段。本文基于Fluent提供的VOF模型,编写蒸发冷凝相变的UDF程序,对用于建筑排风冷量回收的平行流热管内部的蒸发和冷凝特性进行了数值模拟,计算结果揭示了平行流热管内的气液两相流特性以及复杂相变传热传质的演变过程。结果表明:蒸发主要发生在液池内部,冷凝主要发生在冷凝段和绝热段的近壁面部位;相变传质过程是保证热管高效换热的关键因素。本文结果为设计平行流热管换热器提供理论依据。     

水平管内油气水三相流分流型阻力特性实验研究

对水平管内油气水三相流的摩擦阻力压降特性进行了实验研究,水平管实验段由有机玻璃管制成,内径为40mm,所用的实验工质为:46#机械油,自来水和空气。油、气、水三相的折算速度范围分别为:0.05-0.51m／s、0.05-1.51m／s、0.02-50.6 m／s。按照气液界面总体特征将水平管内油气水三相流的流型分为泡状流、间歇流(段塞流和弹状流)、分层流及环状流。对各种典型流型下的摩擦阻力压降应用改进的Chisholm关系式及油水两相压降关系式进行分析,对Chisholm关系式中的参数C进行了重新定义。发现改进的Chisholm关系式能够较好地对管内油气水三相摩阻压降进行预测,因此改进Chisholm关系式可以作为摩擦压降计算的通用关系式。     

应用单相流量计测量油水两相流

为探讨单相流量计用于液液两相流参数测量的可行性和有效性,本文对文丘里管、涡轮流量计和椭圆齿轮流量计用于油水两相流测量的响应特性进行了实验研究.文丘里管和涡轮流量计的实验管径为15 mm,25 mm,40 mm,椭圆齿轮流量计的实验管径为25 mm和40 mm.油水两相流总体积流量范围为1～5 m3/h,油含率范围为15%～85%.实验结果表明,文丘里管在高油含率时测得的油水两相流流量比实际流量偏大4%～5%.涡轮流量计的测量误差随油含率升高呈现增大的趋势,最大测量洪差小于5%.椭圆齿轮流量计用于油水两相流测量时相对测量误差小于1.0%且基本不受油含率影响.     

深空环境下液滴辐射相变过程分析模拟

太空中固体粒子比液体粒子对航天器危害性大,计算液滴相变时间和温度变化对评估粒子危害性有重要意义.本文建立了太空环境下液滴辐射相变模型,分析了三种相变凝固模型,估计了水滴蒸发量,考虑了太阳辐射对液滴温度变化的影响,分别计算了水和氧化铝液滴的温度变化.结果表明:液滴粒径越小液滴冷却速率越大,三种相变凝固模型的相变时间差别较小;水滴蒸发比例均大于10%,其蒸发量不可忽略;水滴受太阳周期性辐射时,其温度在50 K至266 K之间周期性振荡变化.     

搅拌法制备聚合物微球中油水相对壁厚的影响

为了研究乳液微封装技术中油水相对微球壁厚的影响,推导了在理想状态下微球壁厚、油相质量分数和油水相比这三者之间的函数关系。结果表明:当内相水滴半径和油相质量分数为常数时,微球壁厚是油水相比的单增函数;而当内相水滴半径和油水相比为常数时,微球壁厚是油相质量分数的单增函数。即提高油相质量分数或增大油水相比对增加壁厚而言具有等效性。根据此规律,在搅拌法制备小直径聚苯乙烯微球中,通过调整油水相的各参数,确定了制备小直径厚壁聚苯乙烯微球的关键工艺参数。实验表明:采用搅拌法制备10~25 m壁厚的小直径聚苯乙烯微球时,油相质量分数宜配制为5.3%~7.0%,油水相比宜控制在1.6~2.2之间,而外水相中聚乙烯醇质量分数宜控制在1%~3%之内。     

油水两相在不同展角裂缝中的水平流动特性

在缝宽7 mm、缝展198 mm、缝长3000 mm的裂缝中,选择缝展方向与水平方向成0°、45°和90°展角布置,研究了裂缝展角对油水两相流水平流动特性的影响,并与圆管中的油水两相流进行了比较.研究表明,展角对油水两相流的流型有一定影响,对混合度系数与有效黏度则影响不大,对"水包油"和"油包水"相态逆转的发生影响不大.对应于相同的流速和含油率,不同展角裂缝以及圆管中的油水两相流,其有效黏度几乎相同.     

垂直上升管中油水两相流流型辨识

基于运动波理论本文建立了垂直上升管中油水两相流运动波传播方程,计算得到了管内无仪器插入体情况下油水两相流运动波传播速度特性曲线,根据曲线特征确定了油水两相流过渡流型存在于持水率大于0.25并小于0.5区间,应用该流型辨识准则对Govier等实验观察到的油水两相流流型试验点进行了辨识,取得了较好对比效果。此外还使用Flores等击碎聚合机理性模型验证了本文的辨识流型图,并与之结合产生了更加细化的合成流型图。     

Pulsed ultrasound assisted dehydration of waste oil

A method to aid the separation of the oil phase from waste oil emulsion of refineries had been developed by using a pulsed ultrasonic irradiation technology. Compared with conventional continuous ultrasonic irradiation, it is found that pulsed ultrasonic irradiation is much better to make water drop coalescence and hence dehydration of waste oil. The effects of ultrasonic irradiation parameters on waste oil dehydration are further discussed. The orthogonal experiment is also designed to investigate the degrees of influence of ultrasonic parameters and the optimal technological conditions. Under the optimal experimental conditions, the water content of waste oil is decreased from 65% to 8%, which thereby satisfies the requirements of refineries on the water content of waste oil after treatment (<10%).     

油气水三相流段塞流不稳定周期轨道探寻

将临近点回归方法与自适应阈值法相结合, 对油气水三相流段塞流进行了不稳定周期轨道探寻分析, 发现乳状段塞流比水包油段塞流的低阶不稳定周期轨道周期更长. 水包油段塞流的低阶轨道由内部小循环到外部大循环的嵌套结构组成, 乳状段塞流的低阶轨道则由两个平滑的大循环嵌套而成. 结合时频域分析, 发现水包油段塞流的能量分布弥散、频谱范围较宽且频率成分复杂, 而乳状段塞流的能量分布较集中、高频成分较少, 证实水包油段塞流比乳状段塞流流动机理更为复杂, 且时频域分布与低阶不稳定周期轨道结构相对应. 关键词： 油气水三相流段塞流 不稳定周期轨道 自适应阈值 时频分布     

垂直管内油水两相流局部相分布特性实验研究

应用双头电导探针测量系统,对垂直上升管内油水两相分散流局部相分布特性进行了系统测量。得到了油水两相分散流的局部含油率分布类型图。研究结果表明低折算水速和低折算油速条件下,局部含油率在实验段截面上呈抛物线型局部分布特征,局部最大值出现在实验段中心区域。随折算油速增大,油滴受到横向力如升力的作用,逐渐向实验段壁面区域迁移,形成局部含油率的壁面峰值分布特性。当折算水速大于0．8 m／s时,局部含油率在实验段截面上呈均匀分布。     

基于拉曼激光雷达的大气三相态水同步精细探测分光系统的设计与仿真分析

水是惟一具有三相态的大气参数,三相态水的分布研究对认识云微物理、云降水物理以及人工影响天气过程具有重要的科学意义.在大气三相态水的拉曼激光雷达探测技术中,需首先解决三相态水的高光谱分光技术,以保证对回波信号的精细提取和高信噪比探测.考虑到水汽、液态水和固态水的拉曼光谱特性,本文首先通过理论仿真详细探讨了各拉曼通道中滤光片的选型参数对三相态水光谱重叠特性和探测信噪比的影响;并针对两者无法同时取得最优解的情况,提出了利用多目标规划问题的评价函数方法,分析获得了各通道最优的滤光片参数.结果表明,当固态水、液态水和水汽通道窄带滤光片中心波长和带宽分别为397.9 nm （3.1 nm）,403 nm （5 nm）和407.6 nm （0.6 nm）时,可获得各通道间最低的光谱重叠度值和最佳探测信噪比,从而实现了三相态水同步探测拉曼分光系统的优化设计.进一步的仿真结果表明,当激光雷达探测效率因子为1800 J·mm·min时,在有云条件下系统可获得白天3.6 km以上和晴天条件下4 km以上的三相态水有效探测,保证了利用拉曼激光雷达实现对三相态水的同步高信噪比探测,为后续大气三相态水的拉曼激光雷达同步探测和反演提供了技术和理论支持.     

背景气体对金属原子二维平面蒸发过程的影响

在原子蒸气法激光分离同位素中,金属原子蒸气宏观物理性质的空间分布会直接影响到分离过程的电离率和原料利用率.本文从分离过程的实际需求出发,建立了双组分气体的Bhatnagar-Gross-Krook模型方程组,并利用数值计算方法对方程进行求解,研究了背景气体对二维平面蒸发过程中原子蒸气宏观物理性质和蒸发速率的影响.研究结果表明:随着背景气体密度的增加,远离蒸发源位置处的金属原子蒸气密度增大,速度减小,温度升高,而近蒸发源位置处原子蒸气的性质则几乎不受影响,因而蒸发速率基本上不随背景气体密度发生变化.另外,随着尾料板温度的升高和对原子蒸气吸收率的增加,金属原子蒸气宏观物理性质受背景气体的影响逐渐下降.理论计算的结果对于分离装置的真空设计和光斑分布设计有较为重要的参考意义.     

Spectroscopic system for controlling gas flow and impurity content during magnetron deposition of films

An automated system for controlling oxygen flow in vacuum-plasma magnetron deposition of oxides with simultaneous monitoring of gas impurities in a vacuum chamber is proposed. Features of using compact spectrometers in such a system are considered. The precision of controlling the flow of metal and oxygen particles during deposition of Ti and Al oxides is determined. The sensitivity to impurity content is estimated. The effect of sputtered metal and type of coating (metal or oxide) on the sensitivity to impurities of air, water vapor, and oil in the vacuum chamber is found. __________ Translated from Zhurnal Prikladnoi Spektroskopii Vol. 74, No. 3, pp. 412–416, May–June, 2007.     

Ultrafast electronic spectroscopy for chemical analysis near liquid water interfaces: concepts and applications

Electron spectroscopy for chemical analysis (ESCA) being conceptually a photoelectron spectroscopy is established as a chemically specific probe mostly for surface analysis. Liquid phase ESCA for volatile liquids has become possible through the development of the liquid microjet technique in vacuum enabling the measurement of liquid interface photoelectron emission at the high vapor pressure of volatile liquids. Recently we have been able to add the dimension of time to the liquid interface ESCA technique employing high-harmonics soft X-ray and UV/near IR femtosecond pulses in combination with liquid water micro beams in vacuum. The concepts as well as technical details are outlined and several characteristic applications are highlighted.