原油开采集输过程中，节流阀等流量控制元件对油井采出液存在强烈的剪切乳化作用，容易导致分散相液滴破碎严重，形成O/W型或W/O型乳化液，加大了后续油水分离处理的难度[1]。油水分离过程中，分散相粒径直接决定了工艺流程的分离效率，因此，降低节流元件对分散相液滴的破碎程度逐渐成为提高油水分离效率的关键。

20世纪50年代以来，国内外围绕液滴破碎动力学理论展开了大量的应用基础研究工作[2-6]。荷兰Delft理工大学van der Zande等[7-12]围绕油水混合物通过储层到达井眼的液滴粒径分布及举升至地面过程中，通过管道和节流元件时液滴发生破碎的情况开展了实验研究，发现平均液滴破碎程度与单位质量能量耗散率有关，但并未直观揭示速度场与粒径分布场的关系。法国石油研究院(IFP)的Christine Noïk等[13-17]开展了孔板节流对油水混合物剪切乳化机理的实验研究，采用高体积分数分散相原油与水构成油水混合物，模拟真实井底环境，采用高速摄像仪拍摄并进行数据处理，发现液滴破碎主要由孔板出口处的速度梯度引起，与孔板下游的湍流强度有关，但其注入的油滴粒径较大，难以从微观层面揭示液滴破碎机理，且其未得到流场分布信息。巴西里约热内卢联邦大学João F Mitre、Jovani L Favero等[18-19]对通过节流阀油水乳化液中分散相水颗粒的液滴破碎和聚结机理进行了实验和数值模拟研究(采用群体平衡模型Population Balance Model)，借助实验结果对液滴破碎和聚结的数值模拟模型进行修正，并将其扩展到非齐次问题，较为准确地揭示了节流元件后液滴的破碎机理，但因所用连续相原油具有不透明性，无法使用光学仪器测量相关流动变量及湍流状态下的液滴粒径分布。北京石油化工学院陈家庆课题组[20]对水包油型乳化液油滴在节流元件处破裂后的粒径分布规律进行了实验研究和机理分析，但其使用库尔特粒度仪离线测量粒径大小，并未直接“原位”测得速度场、液滴粒径分布的具体分布。鉴于此，笔者首次采用三维粒子动态分析仪(PDA)这一先进的精密光学测量仪器，对分散相油滴随同连续相水通过孔板式节流元件后的不同速度场及粒径场进行观测分析，揭示界面张力、黏度对孔板后液滴破碎程度的影响，明确孔板后液滴分布与切向、轴向速度场之间的关系和作用机理，以期对原油集输过程中降低剪切乳化作用、研发低剪切节流阀提供理论依据和技术参考。

1　实验系统及其实验步骤

1.1　系统组成描述

1.1.1　系统工艺流程

5.有效使用职业防护装备：从调查结果可以看出，黏膜暴露是除锐器伤之外的主要职业暴露类型，而黏膜暴露中，手术医生为高危人群。使用职业防护装备可以有效预防黏膜暴露。在物品准备中需强调职业防护装备的配置，列入标准配备物资清单。值得注意的是，手术医生反映戴护目镜会给个体带来不适，这是未落实护目镜使用的主要因素，在工作中防护措施可以有针对性地进行改进，如使用面罩，平光眼镜等，旨在提高医生使用防护用具的依从性，从而有效使用职业防护装备。

孔板式节流元件实验系统如图1所示，主要由水箱、油箱、离心泵、B126型机械隔膜式计量泵、流量计、阀门、孔板节流装置、有机玻璃箱、RDT/16高速动态记录仪(美国DRS公司生产)和三维粒子动态分析仪(PDA，丹麦Dantec Dynamics公司生产)等组成，其中孔板节流元件试验段总长424 mm，玻璃管内径20 mm；孔板厚4 mm，其上小孔内径为4 mm，位于玻璃管正中间。

图1　孔板式节流元件实验系统流程图 Fig.1　The flow chart of experimental system of orifice with perforated panels

实验过程中，为降低PDA激光发散程度和保证测量精度，将孔板节流管封装在有机玻璃箱内，并将其内装满水。实验开始时，由离心泵将水从水箱泵送至主管路中，机械隔膜式计量泵将一定体积的油相注入主管路中，在油相注入口安装120目(筛孔尺寸：125 μm)不锈钢滤网，从而使油相以小颗粒油滴的形式注入水中，并得到均匀分布的油水混合物；油水混合物进入孔板节流装置，流经孔板时，由于节流作用小颗粒油滴进一步破碎，最终由排水口排出。孔板节流后流场和液滴分布场呈轴对称分布，但由于PDA测量粒径场时探头有一定角度，无法测量0～5 mm内的粒径场，故PDA测量区域选为5～35 mm的轴向纵剖面和距孔板后40 mm(压力稳定时)的横截面。

1.1.2　实验材料

在EOS-1Ds发布两年后的2004年，1Ds Mark II的推出奠定了佳能在全画幅数码单反相机上的再度领先。1Ds Mark II的有效像素达到了1600万级别，连拍速度也有5张/秒。1Ds Mark II在之后的三四年中是市场上唯一的专业旗舰级数码单反相机，独自统治高端市场。

表1　实验中连续相和分散相的物理化学性质

Table 1　Properties of the continuous and disperse phases

溶液密度ρ/(kg·m-3)运动黏度(40℃)/(mm2·s-1)界面张力σ/(N·m-1)水998.21.0060.07270煤油820.11.50.03165白油10#82511.20.03324白油32#85830.710.03407

1.2　PDA测量过程描述

1.2.1　实验步骤

阿里一口气吃了三大碗热干面。吃完肚子开始咕咕叫。他按着肚子，急步走到姆妈睡觉的房间，又站在门口说：“姆妈，我屙

本实验研究中涉及到3个液相体系，连续相均为水，分散相分别为煤油、32#白油或10#白油。其物理化学性质如表1所示。油水界面张力借助德国Dataphysics公司的OCA25视频光学接触角测量仪测量得到。

天脊集团已形成年产45万吨合成氨、108万吨硝酸、90万吨硝酸磷肥（硝酸磷钾100万吨）、40万吨硝铵、25万吨硝基复合肥、26万吨苯胺、2万吨硝酸钾、3万吨硝酸铵钙的生产规模，化肥化工总产能达到200多万吨。

1.2.2　数据处理

(1)打开PDA的通水阀门，开启激光器并预热15 min，同时启动高速摄像仪软件操作界面并调好焦距；(2)待激光稳定后上调激光功率，使蓝光、绿光、紫光六束光线亮度适中；(3)打开对应的BSA软件，设置软件参数，调节接收探头的角度、光路以及液体折射率，并将六束光交点移动至测量点；(4)开启孔板节流装置离心泵和注油泵，将其调节至所测速度和浓度，稳定5 min；(5)将蓝、绿、紫三光路接收器捕捉粒子数调节至200个以上，打开网格生成器，按照相应条件、测量范围和步长，生成相应网格测量点进行测量(在实验过程中只要满足下述2条中的1条，PDA即扫描结束1个测量点的测量：①采集10 000个分散相油滴粒子；②采集时间为10 s)；(6)在PDA测量的同时，采用高速摄像仪对孔板前的油滴粒径进行测量；(7)待两者均测量完毕后，重新设置离心泵和注油泵的流量和注油速度等，重新设置软件参数，重复上述步骤。

由于孔板前油水混合物中的油滴粒径范围在900～2 000 μm左右，故采用高速摄像仪拍摄孔板前油滴照片，通过照片处理软件Image-Pro Plus 6.0对照片进行处理，得到孔板前油滴的平均粒径。孔板后油水混合物中的油滴粒径数据用PDA自带软件BSA进行处理，导出excel格式的关于测量点三维速度、粒径等的测量数据，利用Origin 8.0数据处理软件对测量数据进行处理。

针对读者众多的信息诉求，图书馆在服务的过程中，可以举办不同形式的活动，达到服务读者的目的。例如，为了使读者熟悉图书馆馆藏的利用，举办“书库寻宝”活动，以不同的检索标识为标题，参与活动的读者通过分析题目，找出检索标识，借助馆藏查询系统，找到最终目标，达到掌握馆藏查询系统的目的；为提高读者的文学修养，图书馆举办阅读名著的征文活动，读者在阅读名著的过程中，潜移默化的提高自身的文学修养。滨州医学院图书馆还进行了信息推送服务，根据学科、专业内容，以专家、教授为服务主体，把专业期刊的目录、新人藏的图书目录以电子邮件的形式发出，接收到这些电子邮件的读者看到有关的内容，可以联系图书馆有关人员索取或到馆借阅。

2　实验结果及分析

2.1　分散相油品类型对孔板后液滴分布的影响

在含油质量分数为5 000 μg/g，流量为0.35 m3/h条件下，分别对煤油与水、白油10#与水、白油32#与水3个液相体系进行单因素实验，并测量其界面张力和孔板前后粒径，如表2所示。从表2中可以看出，油滴粒径变化率(孔板前后粒径变化的比率)随分散相油品运动黏度和界面张力的增大而减小，其中煤油(对应的黏度和界面张力最小)液滴粒径变化率最大，破碎程度最严重，白油32#(对应的黏度和界面张力最大)液滴粒径变化率最小，液滴破碎程度较轻，即分散相油品黏度和界面张力越大，油滴越不容易破碎。

⑨张先《卜算子慢》(溪山别意)：双调93字，上阕8句47字5仄韵，下阕8句46字6仄韵。句式：446483558。5544835345。

表2　不同油品单因素实验结果

Table 2　The results of different types of oil-film of the single-factor experiment

溶液密度ρ/(kg·m-3)运动黏度(40℃)/(mm2·s-1)界面张力σ/(N·m-1)孔前粒径/μm孔后粒径/μm粒径变化率/%煤油820.11.50.03165108086.0092.03白油10#82511.20.03324107095.1291.11白油32#85830.710.034071060107.889.83

液滴破碎近似是外部流场干扰力和内部恢复力相互作用的结果，外部流场干扰力使液滴变形，内部恢复力使液滴保持原来的形状。在湍流流动中，外部流场干扰力主要取决于速度变化引起液滴直径处的惯性压力降的变化，外部流场干扰力τ=ρ(Δu)2，速度变化量为Δu(由液滴内部湍流速度波动产生)，连续相密度为ρ，即外部流场干扰力与速度变化量的平方成比例[21]。内部恢复力可表示为2σ/d，σ为分散相油滴内部界面张力，d为孔前液滴直径，即内部恢复力与油滴内部界面张力成正比[22]。由表2数据计算得煤油内部恢复力为58.6 N/m2(对应的粒径变化率最大)，白油32#内部恢复力为64.3 N/m2(对应的粒径变化率最小)。当外部流场干扰力大于内部恢复力时液滴发生变形直至破碎。由于液滴破碎是一个液滴变形的过程，液滴内部流体流动使液滴形状改变，液滴黏度越大，变形所需能量越多，高黏度分散相流动缓慢，达到新的液滴形状所需时间较长，而液滴在孔板后的停留时间较短，高黏度液滴不能快速破碎，因此黏度高的分散相液滴破碎程度较小，并随分散相黏度的减小，液滴破碎越来越严重。由于不同液相体系速度、连续相完全相同，孔后流场分布基本相同，即外部流场干扰力基本相同。故在外部流场干扰力不变的情况下，油滴内部界面张力越大，液滴越不容易破碎，与实验现象相吻合。

2.2　孔板后轴向纵剖面上速度场与液滴分布之间的关系

为研究速度场与粒径分布场的关系，以煤油与水作为两相介质，在一定流速下研究孔板后轴向纵剖面上速度场与液滴分布之间的关系。实验过程中，受PDA探头角度与实验条件限制，孔板后轴向方向0～5 mm范围内纵剖面上的粒径分布云图无法测得，故对孔板后轴向方向5～35 mm范围内纵剖面上的速度场与粒径分布进行综合分析，并通过其速度场与粒径分布的关系预测孔板后X方向0～5 mm范围内横截面上的粒径分布。经多组实验测量后，实验结果变化趋势及云图均相同，但在流量为0.2 m3/h，质量分数为8 000 μg/g下粒子动态分析仪捕捉粒子数量最多，云图较为清晰，故选择此种实验条件进行详细分析。

2.2.1　孔板后流场的PDA测试结果

PDA测得孔板后轴向纵剖面5～35 mm的轴向速度分布云图如图2所示，其中，纵坐标的0点表示玻璃管径向方向的中心。

图2　孔板后轴向纵剖面上的轴向速度分布云图 Fig.2　The nephogram of the distributions of axial velocity after orifice

从图2中可见，①孔板后轴向速度的最大值在3.775～4.38 m/s之间，在直径方向上呈对称分布，由中间向两边速度逐渐降低；②中间速度最大区域集中在玻璃管中心径向方向±2 mm之间，且在小孔两侧形成再循环旋流，在靠近壁面处形成回流，主要因油水混合物撞击壁面导致；③轴向方向上轴向速度的平均值在孔板后5～10 mm处达到最大，然后随着距孔板距离的加大，轴向速度呈递减趋势并均化。玻璃管中心轴线上轴向速度变化图如图3所示。由图3可以看出，轴向速度大小与距孔板距离有关，距孔板距离越远速度越小。

图3　玻璃管中心轴线上轴向速度的变化折线图 Fig.3　The axial velocity’s line chart in middle of the glass tube

图4　轴向纵剖面上的切向速度分布云图 Fig.4　The nephogram of the distributions of tangential velocity

图5　玻璃管中心轴线上切向速度的变化折线图 Fig.5　The tangential velocity’s line chart in middle of the glass tube

培养学生自主学习能力和科研创新能力 在北京农学院动物医学专业以往的五年教学计划内，除毕业论文外，并没有涉及科研方面的内容。通过本科生导师制的实行，使学生有机会参与导师的一些科研项目，作为导师的助手，在导师的引导下完成一些课题研究，自己提出问题、查阅资料、思考问题从而解决问题，提高毕业论文完成质量，培养学生的自主学习能力和科研创新能力。并且，这样的训练将为学生今后的职业规划奠定一定的基础[5]，更能让学生在考研与就业的选择中明白自己的优势与劣势，懂得如何取舍。

除了口服中药汤剂外，进行耳周穴位注射，操作如下：患者取坐位，如单侧耳鸣取患侧耳门、听宫、听会及同侧的翳风；若为双侧耳鸣则取双侧耳门、听宫、听会及翳风。用10ml注射器抽取药物注射用灯盏花素（批号：20151203,规格：20mg,衡阳恒生制药有限公司生产）20mg（用5ml灭菌注射用水稀释），常规消毒耳门、听宫、听会、翳风穴局部皮肤后，进针点选于该穴或其敏感痛点，得气后，回抽无血，然后缓慢注入药液，其中耳门、听宫、听会各注射1ml，翳风穴注射2ml。起针后为防出血可用无菌棉球按压片刻。穴位注射注射治疗隔日一次，5次为1个疗程，治疗3个疗程。

图6　轴向纵剖面上的流场理论分析示意图 Fig.6　The analysis of flow distribution diagram

流体流经孔板前后的流场理论分析示意图如图6所示。由图6可以看出，实验中速度流场分布与理论分析基本一致，由伯努利方程可知，流体流过孔板后速度增加，压力减小，最大流速和最小压力均出现在孔板下游，该区域存在速度梯度变化最大的高速射流中心，两侧靠近壁面处存在再循环旋流，导致了高湍流强度和相应的能量耗散，随着与孔板距离的不断增大，液体流速减慢，部分压力恢复，图中虚线包围区域为湍流区域，此区域高能量耗散率导致了永久的压力损失[23]，故后续速度逐渐减小趋于稳定，与实验结果相吻合。

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孔板后轴向方向5～35 mm范围内轴截面上的粒径分布云图和各速度(轴向速度、切向速度、均方根速度)分布云图如图7所示。由图7可以看出，在玻璃管中心射流区域靠近孔板处5～10 mm油滴粒径较小，此处液滴破碎程度较大，此区域对应均方根速度达到最大值，属于强湍流区域，单位质量能量耗散率较大。根据湍流区域压力降公式ΔPerm可知，流体流过该区域的能量损失可表示为：

2.2.2　孔板后液滴分布与流场的关系

W=ΔPermA0Δx

(1)

式中：A0为小孔区域的面积；Δx为强湍流区域的长度。

能量耗散所需时间T可表示为：

PDA测得的孔板后轴向方向5～35 mm处的切向速度分布云图如图4所示，纵坐标的0点表示玻璃管径向方向的圆心。由图4中可以看出：①切向速度在玻璃管中心处距孔板后轴向方向5～10 mm处达到最大，最大值在0.068～0.093 m/s之间，由中心向两侧分流，两侧切向速度达到最大，而后随与孔板轴向方向距离的增加逐渐减小，中心轴线处形成再循环旋流。②在两侧径向方向4～8 mm、-4～-8 mm，轴向方向5～15 mm区域内切向速度分别形成再循环旋流。玻璃管中心轴线上切向速度的变化折线图如图5所示。由图5可以看出，在与孔板轴向方向距离为20 mm后，切向速度逐渐趋于波动的稳定状态，范围在-0.05～-0.1 m/s之间。

(2)

式中：U0为圆孔处流体流速；流体质量m可表示为ρA0Δx，由式(1)、式(2)可推导出平均单位质量能量耗散率为：

上海化工研究院科研工作也进行了相应的安排、探索。2006级硕士研究生贺少鹏，其学位论文“有机污染物的正辛醇/水分配系数预测及QSPR研究”，导师是徐大刚、刘刚二位教授级高工。笔者作为研究生办公室顾问一直跟踪项目和参与讨论。2009年3月笔者还从贺少鹏处借阅《化学计量学方法》，阅读后2011年网购了几本赠与有关专业人员学习、应用。2012年又阅读了商照聪、贺少鹏的论文“有机污染物分配系数（正辛醇/水）预测软件比较研究”。

(3)

式中：ρ为流体密度；Δx=2.5Dp。

由于小孔孔径Dp为4 mm，故Δx为10 mm。即距小孔10 mm以内为强湍流区域，其平均单位质量能量耗散率最大，液滴破碎程度较大，与实验结果中10 mm以内油滴破碎程度较大相吻合。而中心10 mm以后，区域湍流强度和平均单位质量能量耗散率相对较小，液滴有部分聚结，故流体平均单位质量能量耗散率已不再是影响液滴破碎的主要原因。

图7　轴向纵剖面上的油滴粒径分布与各速度分布云图 Fig.7　The nephogram of the distributions of velocity and diameter

玻璃管中心及两侧粒径较大点对应的切向速度分布云图中的相同位置均出现再循环旋流，且由旋流中心向两边有切向速度梯度变化，其相应位置的粒径发生一定程度破碎，但粒径最大点对应的轴向速度和均方根速度并未出现再循环旋流。这说明此处对于液滴粒径变化程度影响最大的是切向速度，切向速度梯度产生的剪切力造成液滴破碎，而切向速度形成的适度弱旋流促进了油滴粒径的聚结，相比而言，轴向速度和均方根速度对于液滴破碎影响较小。IFP和INSA Toulouse过程工程环境实验室的P.Guiraud等合作开展的小孔节流板后单液滴破碎机理实验研究表明，单个液滴进入湍流区域前，由于其存在固有频率故有些许震荡，进入湍流区域后，松弛效应使得液滴开始破碎，并非由于不稳定拉伸流动引起，液滴的突然拉伸和轴流倾向表明，液滴受切向速度梯度影响严重，与本实验结果相吻合。且靠近壁面区域油滴粒径破碎较严重，此处油滴破碎主要通过孔板后速度梯度扩散层引起的连续湍流作用导致，液滴在此处一方面受到旋转涡流作用被拉伸，另一方面受到边界层湍流度较大的影响。

图8　轴向纵剖面上切向速度和轴向速度的分布云图 Fig.8　The nephogram of the distributions of tangential velocity and axial velocity in longitudinal profile

2.2.3　孔板后轴向方向5 mm范围内液滴粒径分布的预测

为了更准确分析孔板后轴向速度、切向速度与粒径分布的关系，对轴向方向0～5 mm范围内的粒径分布进行预测。轴向纵剖面上切向速度和轴向速度的分布云图如图8所示。图8(a)为孔板后轴向方向0～10 mm范围内的切向速度分布云图，图8(b)为轴向速度分布云图。由图8可以看出：①在孔后两侧有多个切向速度旋流，则旋流中心处液滴将发生聚结，粒径相应变大。②在靠近壁面处由于边界层处湍流度较大以及切向速度有一定梯度，油滴将有一定程度的破碎。③玻璃管中心轴线3～10 mm处轴向速度较大，此区域属于强湍流区域，故此区域液滴破碎严重，液滴粒径较小。

3　结论

采用三维粒子动态分析仪(PDA)，围绕油水混合物界面张力、黏度对常规孔板式节流元件后油滴破碎程度的影响以及油滴粒径分布与切向、轴向速度场的关系进行了实验研究。实验结果表明：

(1)在相同流量、浓度情况下，分散相黏度和界面张力越大，油滴越不容易破碎，3种分散系油品变化率均在89%以上。其中分散相黏度(煤油为1.5 mm2/s，白油32#为30.71 mm2/s)对液滴破碎的影响主要通过阻碍或增强液滴内部流体流动，进而影响液滴破碎程度；而分散相间界面张力主要通过导致内部恢复力(煤油为58.6 N/m2，白油32#为64.3 N/m2)不同从而影响液滴破碎程度。

(2)孔板下游切向速度梯度对液滴破碎影响最大，且适度的切向速度旋流促进了液滴的聚结；而轴向速度与均方根速度对于液滴破碎的影响，主要是通过增大平均单位质量能量耗散率引起液滴破碎，其梯度对孔板后液滴破碎影响不大，仅造成液滴的变形，故可通过改变孔板结构以减小孔板后切向速度梯度变化和平均单位质量能量耗散率，从而减小液滴破碎，促进液滴聚结。

(3)玻璃管壁面处由于边界层湍流度较大，液滴破碎较为严重，湍流强度对液滴破碎也有一定影响，适当减小湍流强度有利于降低液滴破碎，减小油水乳化作用。

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