電場-旋流場耦合強(qiáng)化乳化液脫水技術(shù)研究進(jìn)展

摘 "要""以油包水乳化液為對象，闡述了電場-旋流場耦合作用下液滴聚結(jié)和強(qiáng)化分離機(jī)理，介紹了現(xiàn)階段耦合裝置結(jié)構(gòu)的發(fā)展，分析了速度、電壓幅值、頻率及乳化液特性等操作參數(shù)對液滴聚結(jié)、破碎及油水兩相分離性能的影響。同時指出了現(xiàn)階段研究的局限，探討了今后的研究方向，為耦合場下液滴聚結(jié)特性和操作參數(shù)的研究提供借鑒。

關(guān)鍵詞""乳化液 "脫水 "電場-旋流場耦合 "聚結(jié) "強(qiáng)化分離

中圖分類號""TE624.1 """""""""""""文獻(xiàn)標(biāo)識碼 "A"""""""""""""""文章編號 "0254-6094（2023）01-0000-00

現(xiàn)階段由于技術(shù)手段和使用設(shè)備的影響，石油化工生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生大量的油包水乳化液，增加了油水兩相分離的難度^[1]。水力旋流器是利用流體高速旋轉(zhuǎn)過程中不同密度的不混溶相產(chǎn)生的離心力不同將油水兩相分離，因具有結(jié)構(gòu)簡單穩(wěn)定、分離效果好、處理速度快及成本低等優(yōu)勢在石油化工、工藝制造及廢水廢氣處理等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用^[2]，但由于乳化液的粘度較高且分散相粒徑尺寸普遍在微米級，常規(guī)水力旋流器無法有效分離^[3]。目前，電場-旋流場耦合強(qiáng)化分離技術(shù)已經(jīng)在破乳脫水、食品工業(yè)、除塵及顆粒精細(xì)分級和沉積等領(lǐng)域展開研究和應(yīng)用，相較于單一的油水分離技術(shù)，其旋流分離性能有很大提升^[4～6]，因此有必要對此技術(shù)進(jìn)行深入探討。筆者從電場-旋流場耦合強(qiáng)化乳化液脫水機(jī)理、耦合裝置結(jié)構(gòu)和操作參數(shù)3個方面總結(jié)近年來電場-旋流場耦合強(qiáng)化乳化液分離技術(shù)的研究進(jìn)展，為今后電場-旋流場耦合強(qiáng)化脫水技術(shù)相關(guān)研究提供借鑒，對油田建設(shè)和污水處理具有積極意義。

1 "耦合場脫水機(jī)理研究進(jìn)展

1.1""聚結(jié)及分離機(jī)理

關(guān)于電聚結(jié)理論，研究學(xué)者已經(jīng)做了很多研究，目前普遍認(rèn)為，將一定形式的電場作用于油水乳化液中，利用油水電導(dǎo)率差，使液滴產(chǎn)生極化和形態(tài)的改變，液滴在電場力作用下發(fā)生相對運(yùn)動，破壞界面的穩(wěn)定性，使液滴間液膜變薄直至破裂，液滴發(fā)生聚結(jié)^[7]。無論液滴是否呈電中性，電場都能使其產(chǎn)生極化和遷移行為，同時液滴中溶解少量鹽離子可以增強(qiáng)電場對液滴的作用，促進(jìn)聚結(jié)進(jìn)程^[8，9]。除聚結(jié)作用外，高電場也會增加剪切速率下的剪切應(yīng)力，增大液滴變形和破碎的幾率。

近年來，研究學(xué)者從微觀角度提出液滴聚結(jié)由液滴橋間的壓力和液滴內(nèi)部壓力的相對關(guān)系決定，并從壓力演化角度解釋了小液滴產(chǎn)生的機(jī)制，用壓力關(guān)系可以解釋液滴在高電壓下發(fā)生聚結(jié)，低電壓下發(fā)生極化和成鏈但不發(fā)生聚結(jié)，電場關(guān)閉后液滴恢復(fù)到初始隨機(jī)狀態(tài)的行為^[10～12]。EOW J S等^[13]、倪玲英等^[14]通過實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，兩液滴在耦合場下的聚結(jié)過程分為3個階段：首先液滴在耦合力場下相互靠近，然后液滴間油膜變薄直至破裂，最后兩液滴聚結(jié)，具體聚結(jié)過程如圖1所示。當(dāng)施加電場過大時液滴會發(fā)生破碎現(xiàn)象，在一定條件下的乳化液體系中存在使液滴破碎的臨界電場強(qiáng)度和最大液滴粒徑^[15]。

液滴的碰撞聚結(jié)率由碰撞頻率和聚結(jié)效率決定，聚結(jié)效率指液滴碰撞下的聚結(jié)概率，主要取決于液滴形狀和界面遷移率^[16]。低剪切和高剪切條件下都會發(fā)生湍流誘導(dǎo)的聚結(jié)，但由于液滴接觸和聚結(jié)的延遲效應(yīng)，單靠湍流產(chǎn)生的聚結(jié)率并不高，特別是對具有穩(wěn)定界面的乳化液^[17]。高電場可以使聚結(jié)的時間延遲效應(yīng)大幅降低，提高碰撞的聚結(jié)效率。同時湍流導(dǎo)致液滴之間的高聚集性，可以縮短液滴之間的距離，提高電聚結(jié)率^[18]。因此耦合場對液滴聚結(jié)有雙向促進(jìn)作用，具有快速和高聚結(jié)率的特點(diǎn)。電場-旋流場耦合強(qiáng)化乳化液脫水原理如圖2所示，乳化液進(jìn)入旋流器后，小液滴在高電場作用下迅速聚結(jié)變大，聚結(jié)后的大液滴在離心力作用下向旋流器邊壁運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)相間分離，最后水相由底流口流出，油相由溢流口流出，實(shí)現(xiàn)油水兩相的分離^[19]。

1.2""電場形式

葉學(xué)民等對電場下液滴界面張力和動力學(xué)特征進(jìn)行綜述，指出施加電場可以改變液滴的界面張力、形態(tài)和運(yùn)動行為，不同類型的電場會對液滴有不同的作用形式^[20]。RODIONOVA G等通過實(shí)驗(yàn)研究了交流電場-流場下液滴的聚結(jié)特性，結(jié)果表明液滴的聚結(jié)是流態(tài)和電壓共同作用的結(jié)果，其中電場形式?jīng)Q定液滴的聚結(jié)機(jī)制，不同性質(zhì)的乳化需要不同形式的電場進(jìn)行處理^[21]。O/W乳化液的水相導(dǎo)電性強(qiáng)，誘導(dǎo)成鏈所需的電流密度要比W/O乳化液大得多，故很難用電場進(jìn)行分離，而脈沖電場產(chǎn)生的電流非常小，幾乎不會引起短路和水電解，目前已經(jīng)證實(shí)對于處理O/W乳化液具有可行性^[22]。表1為不同電場形式下液滴的主要聚結(jié)機(jī)制和特點(diǎn)^[23，24]。

1.3""數(shù)值模型

電場-旋流場耦合脫水技術(shù)是利用液滴在高電場下的快速聚結(jié)和旋流器的高效分離特性，對乳化液進(jìn)行油水兩相的分離。電場和流場耦合時，要綜合考慮電場和流場對液滴的運(yùn)動和聚結(jié)作用影響，目前大多采用電聚結(jié)模型和湍流模型進(jìn)行疊加計(jì)算，用以表示耦合場下液滴聚結(jié)及分離過程。近年來，為了描述耦合作用下液滴的運(yùn)動、聚結(jié)及相分離等過程，研究學(xué)者提出了一些理論模型，如通過相場法、停留時間模型、偶極聚結(jié)模型等結(jié)合湍流模型建立電場和流場的耦合模型。HONG W P等通過相場法耦合電場和流場建立耦合場下單液滴模型，模擬運(yùn)動液滴在連續(xù)相下的變形，結(jié)果表明液滴變形取決于電場和流場的耦合作用，包括流速、電場強(qiáng)度、液滴直徑及界面張力等^[25]。PODGóRSKA W和MARCHISIO D L結(jié)合多重分形破碎模型和PBE聚結(jié)模型（基于膜的排水和聚結(jié)效應(yīng)）提出了湍流-靜電耦合模型，研究了離子表面活性劑對液滴粒徑分布的影響，表明添加少量鹽可以降低界面張力，增加液滴的破碎率^[26]。MELHEIM J A和CHIESA M用偶極力和膜變薄力表示電場的作用力，并結(jié)合離散相（DPM）模型研究了二維湍流和電場力耦合下液滴的聚結(jié)現(xiàn)象^[27]。

不同分散相含量的體系一般采用不同的電聚結(jié)模型描述，對于旋流器處理的含大量分散相液滴的乳化液系統(tǒng)，用偶極聚結(jié)模型（DID）可以對其液滴的相互作用進(jìn)行較準(zhǔn)確的描述^[28，29]。GONG H F等用偶極聚結(jié)率描述液滴在電場下的聚結(jié)行為，結(jié)合湍流系統(tǒng)中液滴的破碎函數(shù)構(gòu)建耦合模型，研究裝置內(nèi)液滴的動態(tài)特性和分離效率，結(jié)果表明此模型能較準(zhǔn)確地預(yù)測液滴動態(tài)過程和油水分離效率^[19]。目前，研究學(xué)者主要以低強(qiáng)度的流動為研究對象，缺乏對高強(qiáng)湍流下電聚結(jié)過程的理論研究和數(shù)值分析，同時缺乏耦合場下動態(tài)測量的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

2 "耦合裝置結(jié)構(gòu)研究進(jìn)展

將電場-旋流場相結(jié)合處理乳化液是通過施加外力和場能的方式實(shí)現(xiàn)的，其結(jié)構(gòu)主要包括串聯(lián)結(jié)構(gòu)和耦合結(jié)構(gòu)。串聯(lián)結(jié)構(gòu)是在乳化液進(jìn)入旋流器之前施加電場的作用，液滴經(jīng)電場聚結(jié)后進(jìn)入旋流器進(jìn)行分離，耦合結(jié)構(gòu)是在旋流器內(nèi)部施加電場，乳化液進(jìn)入旋流器后同時進(jìn)行電聚結(jié)和離心分離過程。串聯(lián)結(jié)構(gòu)可以讓液滴聚結(jié)為最大尺寸后再進(jìn)行離心分離，分離效率更高，而耦合結(jié)構(gòu)則聚結(jié)速度快、處理效率高、體積小、能有效防止電擊穿^[30]。

2.1""電極結(jié)構(gòu)

HADIDI H等研究了不同結(jié)構(gòu)電極對液滴聚結(jié)行為的影響，發(fā)現(xiàn)電極結(jié)構(gòu)對液滴電聚結(jié)效率以及防止電分散有很大影響^[31]。LUO S等模擬了3種不同結(jié)構(gòu)電極電場，發(fā)現(xiàn)同軸圓柱電極相比其他兩個可以提供中等模式的非均勻電場，同時指出場的不均勻性可以有效促進(jìn)液滴的聚結(jié)^[32]。丁藝和陳家慶指出在同軸圓柱電場中，非均勻系數(shù)增大會促進(jìn)相分離過程，但過大的非均勻系數(shù)易產(chǎn)生電分散，降低分離效率，因此在設(shè)計(jì)電極結(jié)構(gòu)時，應(yīng)考慮非均勻系數(shù)的影響^[33]。

同軸圓柱電極存在的主要問題是接地一側(cè)電場作用太弱，無法對遠(yuǎn)離中心電極的液滴進(jìn)行有效聚結(jié)，可以通過對電極結(jié)構(gòu)的改進(jìn)使其具有更好的聚結(jié)效果。圖3為近年來研究學(xué)者提出的電極結(jié)構(gòu)，其中圖3a為圓環(huán)電極^[34]，其優(yōu)勢為將溢流管充當(dāng)電極，避免了電極結(jié)構(gòu)對流場的影響；圖3b為圓柱電極^[35]，其優(yōu)勢為可以方便調(diào)節(jié)極間間距，使液滴可以更充分地受到高電場的作用；圖3c為螺旋葉片電極^[36]，相較于前兩者，它在聚結(jié)方面更有優(yōu)勢。筆者認(rèn)為可以結(jié)合螺旋流道旋流器結(jié)構(gòu)進(jìn)行多組葉片設(shè)計(jì)，組成成對電極-螺旋流道，提高聚結(jié)效果。

電極選材時主要考慮其導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、耐腐蝕性、強(qiáng)度及韌度等，通常選用銅、鋼、石墨及鋁合金等。乳化液含水率高時，裸電極易引發(fā)短路或電弧，在電極外圍添加絕緣層可以有效防止，保證電場的穩(wěn)定性^[37]。由于電極放熱和流動沖蝕，絕緣材料需要有絕緣、耐高溫、耐磨等特點(diǎn)，適合做絕緣材料的有聚四氟乙烯、環(huán)氧樹脂、乙烯-丙烯氟化聚合物及有機(jī)玻璃等^[38]。但是絕緣層會削弱電場強(qiáng)度，一般情況下涂層越薄，電場越強(qiáng)，在保證電場穩(wěn)定性的前提下，應(yīng)選擇較小厚度的絕緣層^[39]。

2.2""裝置結(jié)構(gòu)

耦合裝置根據(jù)有無運(yùn)動部件可分為旋轉(zhuǎn)式和靜止式兩種。旋轉(zhuǎn)式結(jié)構(gòu)可以主動調(diào)速、分離因數(shù)大、處理范圍寬，靜止式結(jié)構(gòu)簡單緊湊、成本低、易操作，更適合狹小空間。王永偉等設(shè)計(jì)的旋轉(zhuǎn)式耦合裝置如圖4a所示^[30]，圓柱電極和轉(zhuǎn)鼓之間形成環(huán)形電場，旋流場靠軸轉(zhuǎn)動產(chǎn)生，液滴在高壓電場與旋流場的共同作用下發(fā)生聚結(jié)和相分離。圖4b為KWON W T等設(shè)計(jì)的靜止式耦合裝置，錐形結(jié)構(gòu)為電源正極，中心銅棒和外側(cè)筒壁接地，形成兩個高壓電場區(qū)域，乳化液從入口進(jìn)入后，在電場和旋流場下產(chǎn)生了初次分離，大部分的水相從下方出口流出，含少量水的油相會沿錐形電極內(nèi)壁向上運(yùn)動，在電場和旋流場下產(chǎn)生二次分離^[40]。近期有研究學(xué)者將微通道技術(shù)應(yīng)用到電場-旋流場中，結(jié)合電場和微通道技術(shù)，對油包水乳化液進(jìn)行了快速高效破乳^[41]。

為了避免電極結(jié)構(gòu)對旋流器流場產(chǎn)生影響，有學(xué)者將旋流器部分本體充當(dāng)電極結(jié)構(gòu)。圖5a為GONG H F等設(shè)計(jì)的耦合結(jié)構(gòu)，溢流管外壁充當(dāng)電源正極，旋流腔內(nèi)壁充當(dāng)負(fù)極，乳化液由兩個切向入口流入耦合裝置內(nèi)部，在溢流管壁段完成電聚結(jié)，在錐段進(jìn)行油水兩相分離，隨后油相由左側(cè)溢流口流出，水相由右側(cè)底流口流出^[34]。圖5b為NO?K C等設(shè)計(jì)的耦合結(jié)構(gòu)，兩個同心的圓柱筒壁作為電極，乳化液從切向入口進(jìn)入裝置，在電場和旋流場共同作用下水相向邊壁運(yùn)動，最終油相從左側(cè)出口流出，水相和少部分油從右側(cè)出口流出，實(shí)現(xiàn)兩相分離^[42]。

3 "操作參數(shù)研究進(jìn)展

3.1""電壓幅值

電壓幅值很大程度上決定了液滴是否聚結(jié)以及聚結(jié)的程度。HUANG X等指出在一定電壓下液滴存在3種聚結(jié)模式：聚結(jié)、部分聚結(jié)和非聚結(jié)，隨著電壓幅值的增加，兩液滴從聚結(jié)向部分聚結(jié)轉(zhuǎn)變，再向非聚結(jié)轉(zhuǎn)變，因此電聚結(jié)過程存在一個最佳電場范圍，在此范圍內(nèi)聚結(jié)效率才較高^[43]。在最大臨界電壓范圍內(nèi)，電壓幅值越大，液滴靠近速度越快，液滴聚結(jié)時間越短。ZHANG J的研究表明，增加電壓幅值比延長電場作用時間更能有效提高聚結(jié)率，縮短旋流器內(nèi)液滴停留時間，因此高電壓是促進(jìn)聚結(jié)的最重要因素^[44]。電壓作用下液滴成鏈，低電壓下成鏈不聚結(jié)，當(dāng)高于一定值后才發(fā)生聚結(jié)。圖6為不同場強(qiáng)下液滴聚結(jié)圖像（其中，例3對應(yīng)的平均電場強(qiáng)度為134 kV/m，例4對應(yīng)的平均電場強(qiáng)度為335 kV/m，圖6c對應(yīng)的平均電場強(qiáng)度為467 kV/m），可以看到，低電壓下液滴成鏈不聚結(jié)，電壓幅值高于一定值后發(fā)生聚結(jié)，電壓過高時則會引起局部放電，液滴破碎^{[45，46]}。

LESS S等通過流變儀測試了不同條件下的臨界場強(qiáng)，發(fā)現(xiàn)其他參數(shù)不變時，高剪切下的臨界場強(qiáng)高于低剪切的，高含水率下的臨界場強(qiáng)低于低含水率下的，高乳化率下的臨界場強(qiáng)高于低乳化率的^[47]。BRASIL T A等通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)外加電場在臨界場強(qiáng)以下時，分離效率隨外加電場強(qiáng)度的增大而增大，超過臨界場強(qiáng)液滴會發(fā)生破碎，影響油水分離效果^[48]。

3.2""頻率

頻率的變化會引起液滴振幅和頻率的變化，對聚結(jié)有重要影響。SUN Z等模擬了半正弦波電場條件下電場頻率等因素對液滴變形的影響，結(jié)果表明，在一定范圍內(nèi)液滴的振動頻率與所施加的頻率大致成線性關(guān)系，且頻率對變形的影響弱于電壓和液滴初始直徑^[49]。當(dāng)電場頻率持續(xù)增加時，電場變化時間小于液滴極化的弛豫時間，頻率對液滴變形的影響開始減小，甚至抑制液滴的振蕩變形。YIN S等發(fā)現(xiàn)，隨著頻率的改變，乳化液分散相電流和電勢也會相應(yīng)改變，認(rèn)為頻率通過影響液滴內(nèi)部電勢來影響聚結(jié)進(jìn)程^[50]。RODIONOVA G等通過測試不同頻率下的乳化液粘度發(fā)現(xiàn)，隨著頻率的增加乳化液粘度降低，直到達(dá)到一個最小值，當(dāng)頻率高于一定值后，粘度變化很小^[21]。

分離效率最高時對應(yīng)的最佳頻率，由實(shí)驗(yàn)設(shè)備和介質(zhì)條件決定，如果電極沒有絕緣層，則只有連續(xù)相決定最佳頻率，對于絕緣電極，絕緣層材料和厚度也影響最佳頻率，一般涂層越薄，最佳頻率越低^[7]。張建等從力學(xué)的角度出發(fā)分析推導(dǎo)出了最佳頻率的計(jì)算公式，并通過實(shí)驗(yàn)證明了模型的準(zhǔn)確性^[51]。YANG D H等發(fā)現(xiàn)，在低頻和高頻范圍內(nèi)存在兩個最佳頻率，都有較高的聚結(jié)率，這可能與聚結(jié)機(jī)制的改變有關(guān)^[23]。

3.3""速度

FERNáNDEZ A研究發(fā)現(xiàn)，速度會影響液滴的形變，低剪切速度下液滴的變形主要由電場力決定，高剪切速度下主要由粘性力決定^[52]。LESS S等測試了不同速度下液滴的電聚結(jié)，揭示了低剪切和高剪切速度下液滴的形成過程^[47]，如圖7所示（HES、MES、LES分別表示高、中、低乳化率），可以看出，低剪切時先發(fā)生絮凝的累積，導(dǎo)致粘度增大隨后聚結(jié)，高剪切環(huán)境不發(fā)生絮凝，只出現(xiàn)聚結(jié)現(xiàn)象。BHARDWAJ A和HARTLAND S測試了不同速度下液滴電聚結(jié)效果發(fā)現(xiàn)，低速時液滴尺寸增長很快，隨著速度的增大液滴尺寸迅速降低，說明速度的增加會使液滴在旋流器內(nèi)停留時間減少，降低電聚結(jié)效果^[53]。對于耦合場，增大速度會降低液滴在電場中的停留時間，影響電聚結(jié)效果，同時也會增加液滴的破碎率，在離心力增益和電聚結(jié)降低之間存在一個分離效率的最佳值^[19]。

3.4""乳化液特性

乳化液性質(zhì)是進(jìn)行油水兩相分離首先要考慮的，合理控制乳化液的物性條件可以有效促進(jìn)分散相液滴的聚結(jié)，主要影響參數(shù)有液滴粒徑、乳化液含水率、粘度及溫度等，表2為近年來耦合場下油水分離實(shí)驗(yàn)的相關(guān)參數(shù)。

EOW J S等指出對于電場-旋流耦合裝置，液滴尺寸大于一定值后才有明顯的分離效果，但是過高時易引發(fā)裝置短路^[57]。在一定電場強(qiáng)度下，聚結(jié)存在一個液滴尺寸和間距的閾值，低于閾值液滴不發(fā)生聚結(jié)，液滴達(dá)到聚結(jié)閾值后發(fā)生聚結(jié)，但也只有當(dāng)粒徑大于一定值后才會顯著提高旋流器分離性能^[58]。SINAISKI E G和LAPIGA E J測試了不同粒徑液滴在一定條件下的聚結(jié)程度，結(jié)果如圖8所示，可以看出液滴的聚結(jié)率隨液滴相對粒徑的增大而增大，相同大小的液滴具有最大的聚結(jié)率^[59]。液滴尺寸不均勻度的增加可以提高液滴聚結(jié)的速率，這對提高旋流器的分離性能也是十分必要的^[49]。

KANG W等采用自行設(shè)計(jì)的微觀可視化模型研究了油包水乳液中液滴在交流脈沖電場作用下的聚結(jié)機(jī)理，實(shí)驗(yàn)表明含水率較高時（超過30%），在相同電場強(qiáng)度下液滴聚結(jié)時間短，聚結(jié)率高^[60]。ZHANG Y等指出，含水率的提高會增加連續(xù)相與分散相之間的界面面積，降低乳化劑的濃度，利于乳化液的失穩(wěn)^[61]。但是當(dāng)含水率過高時，電極之間更容易形成鏈狀結(jié)構(gòu)發(fā)生局部短路。由于水的高介電常數(shù)和導(dǎo)電性，高含水率乳化液比低含水率乳化液具有更高的介電常數(shù)，在相同的初始條件下，高介電常數(shù)導(dǎo)致液滴的強(qiáng)迫振動越強(qiáng)烈，聚結(jié)效應(yīng)越明顯。

TAYLOR S E指出，電場作用下液滴的聚結(jié)行為與界面膜的性質(zhì)有很大關(guān)系^[62]。WASAN D通過實(shí)驗(yàn)研究了破乳劑對聚結(jié)進(jìn)程的影響，結(jié)果表明破乳劑可以吸附在膜表面，提高傳質(zhì)速率，抑制界面張力和提高界面的動態(tài)活性，有利于破乳過程^[63]。破乳劑通常要有低界面粘度以及高界面濃度和活性，才能有好的破乳效果。BAREGA E等發(fā)現(xiàn)，升高溫度會降低分散相與連續(xù)相之間的界面張力，影響液滴的尺寸和形態(tài)，降低乳化液體系的穩(wěn)定性，有利于聚結(jié)進(jìn)程^[64]。也有研究學(xué)者從溫度對水的導(dǎo)電性和熱運(yùn)動的影響，解釋了增加溫度對聚結(jié)效率和聚結(jié)速率的促進(jìn)作用^[65]。

4 "結(jié)論與展望

石油化工等行業(yè)在生產(chǎn)和運(yùn)行過程中會產(chǎn)生大量油水乳化液，無論從經(jīng)濟(jì)效益還是環(huán)保要求出發(fā)，油水乳化液的相分離都是需要迫切解決的問題，因此電場-旋流場耦合強(qiáng)化脫水技術(shù)有很大的研究價值和應(yīng)用空間。筆者主要對電場-旋流場耦合強(qiáng)化脫水機(jī)理、耦合裝置結(jié)構(gòu)和操作參數(shù)的研究現(xiàn)狀進(jìn)行闡述和分析：

a. 研究學(xué)者進(jìn)行了耦合場下乳化液相分離實(shí)驗(yàn)，證明了電場-旋流耦合技術(shù)可以對乳化液進(jìn)行有效分離。在旋流器內(nèi)部施加一定電場后，液滴在一定的聚結(jié)形式下進(jìn)行聚結(jié)和分離。旋流場產(chǎn)生的離心力可以使液滴間距變小，改善聚結(jié)效果，同時也能大幅降低電擊穿的風(fēng)險(xiǎn)，電場也能降低液滴碰撞聚結(jié)的停留時間，雙向促進(jìn)聚結(jié)。為實(shí)現(xiàn)耦合場下液滴聚結(jié)和分離效果的模擬，研究學(xué)者提出了一些基于電場和流場的耦合模型，但缺乏高強(qiáng)湍流下電聚結(jié)模型的適應(yīng)性分析和耦合場下液滴運(yùn)動、聚結(jié)等動態(tài)特性的微觀測量。

b. 基于近期提出的幾種典型的耦合結(jié)構(gòu)，指出了設(shè)計(jì)和優(yōu)化耦合結(jié)構(gòu)時要對電極結(jié)構(gòu)和旋流器本體進(jìn)行多因素分析，綜合考慮電場和流場對液滴聚結(jié)和相分離的影響。同時分析了耦合場下不同操作參數(shù)的研究進(jìn)展，闡述了不同參數(shù)對聚結(jié)和相分離的影響機(jī)理。

c. 近年來，脈沖電場成為研究乳化液破乳的熱點(diǎn)，不僅因?yàn)橄鄬τ谥绷骱徒涣麟妶鼍哂懈咝?、快速破乳聚結(jié)及防止短路等特點(diǎn)，還因?yàn)槊}沖電場可以有效處理高含水O/W乳化液，打破了電聚結(jié)裝置難以處理高含水乳化液的局限，近期研究表明，脈沖電場處理高含水率乳化液具有可行性，為耦合場處理O/W乳化液提供了依據(jù)，也是未來的研究方向。

參""考""文""獻(xiàn)

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（收稿日期：2022-04-01，修回日期：2022-12-23）

Research Progress in Electric?Swirl Field Coupling Enhanced Emulsion

Dehydration Technology

GAO Bo1， JIANG Ming?hu1，2， ZHAO Li?xin1，2， ZHOU Long?da1， XU Bao?rui1，2

（1. School of Mechanical Science and Engineering， Northeast Petroleum University; 2. Heilongjiang Key Laboratory of Petroleum and Petrochemical Multiphase Treatment and Pollution Prevention）

Abstract" "Taking the water in oil emulsion as the object， the mechanism of droplet coalescence and enhanced separation under coupling action of electric field and swirl field was expounded， including development of coupling device structures at the present stage; in addition， the effects of velocity， voltage amplitude， frequency and emulsion characteristics on the droplet coalescence， fragmentation and phase separation were analyzed; the limitations of the current research were pointed out and the future research direction was discussed to provide a reference for the study of droplet coalescence characteristics and operating parameters at the coupled field.

Key words" " emulsion， dehydration， electric?swirl field coupling， coalescence， enhanced separation

基金項(xiàng)目：黑龍江省自然科學(xué)基金（重點(diǎn)）項(xiàng)目（ZD2020E001）；東北石油大學(xué)“龍江學(xué)者”配套科研經(jīng)費(fèi)資助項(xiàng)目（lj201803）。

作者簡介：高波（1996-），碩士研究生，從事流體機(jī)械與工程的研究。

通訊作者：趙立新（1972-），教授，從事流體機(jī)械與工程的研究，lx_zhao@126.com。

引用本文：高波，蔣明虎，趙立新，等.電場-旋流場耦合強(qiáng)化乳化液脫水技術(shù)研究進(jìn)展[J].化工機(jī)械，2023，50（1）：000-000.