Page 142 - 《摩擦学学报》2021年第1期

第 1 期 张博, 等: 基于电容法的温度对舰船汽轮机油分水性影响研究 139

表 1 试验用油列表
Table 1 Experimental oil list

2
Oil sample No Oil sample product/status Product Standards Viscosity(40 ℃)/(mm /s) Explanation
A Factory 1/ new GJB1601B-2015 65~75 China Using
B Factory 2/ new GJB1601B-2015 65~75 China Using
C new MIL-PRF-17331L 77~97 United States Using
D new ГОСТ 9 972-1974 61.2~74.8 Russia Using
E Factory 3 Batch 1/ new GJB1601A-1998 65~75 China Original use
F Factory 3 Batch 2/ new GJB1601A-1998 65~75 China Original use
G Factory 3 Batch 3/ new GJB1601A-1998 65~75 China Original use
H Factory 1/ used GJB1601B-2015 65~75 China Using

件时，人工停止测试过程，并自动记录、存储数据. 每 跳跃范围看，室温条件下，不同油样表现出不同的分
个油样进行6次试验，取平均值作为油样的最终油水 水特点；因油样而异，同一油样在多次试验中表现出
分离时间. 采用德国卡尔蔡司产Axio Scope A1型研究 不同的分水时间.
级正置数字显微镜观察分水后油层微观形貌. 3.1.1 电容值-时间曲线分析
图2看出，油水分离过程中，各油样的电容值-时
2 数据曲线处理原理
间曲线均存在不同程度分离. 主要体现在3个方面：一
根据电容器原理，当电容器尺寸固定后，电容器 是分离开始点对应的电容值不同，如A、D、E、F和
内油水混合相的电容值C与混合相的介电常数γ具有 H油；二是分离阶段曲线变化不同，如B、C、D和F油；
函数关系，如下式(1)所示： 三是部分油样分水结束时电容值差别较大，如B、C、

C = f(γ) (1) D、F和G油. 开始点电容值不同，说明搅拌停止时，乳
状液含水量不同，存在油水混合程度重复性差的情况.
汽轮机油在混水后会进行分水，混合相含水量会
分离阶段曲线变化不同，表明在多次试验中，同一油
发生变化，所以汽轮机油与水的混合相的介电常数
样的油水分离行为有变，乳状液中微液滴的运动能量
γ不是1个定值，它是1个随时间t变化的函数，如式(2)
不同. 结束时电容值差别大，表明油水分离结束时油
所示.
层含水量不同，油样分水性能不稳定. 同时，“开始点
γ = g(t) (2)
电容值不同”、“分离阶段曲线变化不同”与“结束时电
由(1)、式(2)得出，对于固定电容器，定量汽轮机
容值差别大”三种现象之间没有直接关联，也没有迹
油与定量水的混合相的电容值C是1个与混合时间t有
象表明三者之间存在两两因果关系.
关的函数，如式(3)所示.
不同油样表现出不同的分水规律. A、C、E、G和
C = f(g(t)) (3) H油表现出电容值一直下降的规律，而B、D和F油，则
根据式(3)，将电容值C对时间t进行一阶微分计 表现出先下降、再上升、再下降的规律. 电容值与乳状

算，即得出电容在时间上的变化率记为R. 液含水量成正比例关系，电容值下降、上升即表示乳
dC 状液含水量下降、上升. 在油水分离过程中，电容值一
′ ′
C = f (g(t)) = R = (4)
dt 直下降，说明水相连续地从乳状液中沉降分离，乳状
电容变化率R为正值时，表示电容值增加，混合相 液的含水量一直下降. 电容值先降、又升，说明乳状液
含水量增加；为负值时，表示电容值下降，混合相含水 中大液滴水相先是沉降脱出，随着时间增加，传感器

量降低. 以电容值变化率作为评判油水分离结束的条件. 上端以外的乳状液中小液滴水相逐渐下沉至传感器
内，在某个高度范围内大量聚结，且聚结速度大于沉
3 结果与分析
降速度，使得此时传感器测量的油层含水量增加，电
3.1 室温条件 容值表现上升；当传感器内乳状液的水相聚结速度变
在6次试验中，A~H油选取3次有代表性的电容 慢，聚结过程即将完成，小液滴聚结成大液滴，水相沉
值，绘得电容值-时间曲线，如图2所示. 图3为依据图2 降开始表现明显，此时电容值表现为下降，则含水量
所绘制的电容值变化率曲线. 从曲线变化趋势与数值 下降. 整个过程是1个水相在乳状液中聚结与沉降的