[发明专利]一种流动过程中液滴静电聚结微观特征测试装置及方法

说明书

本发明公开了一种流动过程中液滴静电聚结微观特征测试装置及方法，其技术方案为：包括高压供电系统、动态液滴制备测试系统、高速摄像系统、同步触发系统，高压供电系统包括信号发生器、功率放大器和示波器，信号经功率放大器调压后输出；动态液滴制备测试系统包括测试芯片、控制器，所述测试芯片通过油相注射泵、水相注射泵与控制器相连；高速摄像系统包括分设于测试芯片两侧的高速摄像仪和准直透镜，所述准直透镜下方设置光纤探头，光纤探头接收光源并发射光束；同步触发系统包括同步触发器和图像采集设备，图像采集设备控制同步触发器进行同步触发，三路同步触发信号分别触发功率放大器、光源和高速摄像仪。

技术领域

本发明涉及一种流动过程中液滴静电聚结微观特征测试装置及方法，用于在流动油品中制备连续液滴，测试流动过程中液滴在电场作用下的运动、变形、破裂与聚并等微观特征，以及研究电场参数和油水物理性质对流动过程中液滴微观特征及其瞬态演变过程的影响规律，属于油气集输系统多相分离技术领域。

背景技术

原油中的胶质、沥青质、无机颗粒和化学驱等三次采油技术所加入的表面活性物质易吸附于油水界面，形成具有一定机械强度的粘弹性膜，使得油水乳状液具有很好的稳定性。仅依靠重力沉降作用很难对原油进行有效的脱水处理。

静电聚结技术因其高效、节能、环保的特点得到广泛应用。其利用油相和水相电学性质的差异通过油中水滴在高压电场中的电性改变和极化效应，使水滴发生震荡或者定向移动，增大水滴碰撞几率，削弱水滴界面膜的强度，加速水滴沉降过程，强化油水分离效果。研究者对电场作用下液滴变形、破裂和聚结进行了大量微观实验，但存在的问题是相关研究大多是在静态条件下进行的，忽略了静电聚结设备中流动剪切与电场的协同作用，所得到的规律缺乏足够的代表性。研究表明，在流动的聚结系统中，层流或湍流的扰动和液体的剪切作用会加强水滴之间的碰撞频率和强度，显著提高水滴聚结的效率。

现有技术公开了一种原油脱水静电聚结器(CEC)，其电极部分是由绝缘电极和金属电极以立式同轴圆筒的形式交替排列，狭窄的电极间距产生高强电压，同时加快乳状液流速，获得湍流流态，从而促进分散相水滴之间的相互碰撞，缩短相邻水滴间的迁移时间，提高原油脱水效率。现有技术还公开了一种静电聚结快速评价系统及方法，其由供电装置、小型静电聚结器和测量装置组成，可以实现对同轴圆筒形静电聚结器的聚结效果进行评价，为静电聚结器的设计和设备选型提供依据。

以上方法均是从宏观上研究流动剪切和电场的协同作用对静电聚结器性能的影响，事实上，宏观静电聚结设备工作时，油水物理性质和电场运行参数的变化对水滴的运动、变形、破裂和聚并等微观特征及其瞬态演变过程有着显著的影响，改变了水滴的吸引、排液和合并过程，进而影响静电聚结效果。发明人发现，目前尚无关于流动过程中液滴在电场作用下的微观特征测试装置及方法。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的第一目的是提供一种流动过程中液滴静电聚结微观特征测试装置，结构紧凑、操作便利、功能多样。

本发明的第二目的是提供一种流动过程中液滴静电聚结微观特征测试方法，能够同步记录电学信号以及流动过程中液滴微观特征的演变过程，为深入分析流动过程中液滴的微观特征及其瞬态演变规律的动力学机理提供实验依据。

本发明采用下述技术方案：

一种流动过程中液滴静电聚结微观特征测试装置，包括：

高压供电系统，包括信号发生器、功率放大器和示波器，信号发生器用于调节电场参数，信号经功率放大器调压后输出，示波器用于监测显示电压和电流信号；

动态液滴制备测试系统，包括测试芯片、控制器，所述测试芯片通过若干油相注射泵、水相注射泵与控制器相连，控制器通过控制油相注射泵和水相注射泵使油水两相以设定流速分别进入测试芯片进行液滴的制备与反应；