Page 148 - 《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 145

图5中，尽管各油样都表现出明显的波动，但仅在 中含有多个油相聚结液滴[见图6(a)]；从排布情况看，
−4
10 pF这个量级上的跳跃，各油样的电容值变化率最 重力快速分水基本完成. 54 ℃时，如图6(c)和图6(d)所
大的不超过0.001 2 pF(A油). 所以，在54 ℃时，各油样 示，油层内大粒径液滴边界膜厚度与之前相当，数量
的分水速率变化较小，与室温相比，已不存在分水忽 较室温时明显减少；油层内小液滴数量减少，多数与
快忽慢的情况，水相从乳状液中均是持续稳定分出. 大液滴彼此间呈独立分布状态；可以看出此时分水已
3.2.3 分水时间的确定 经完成.
与室温相比，54 ℃时，乳状液的电容值下降速率 根据以上对比分析，得出温度升高后，分水结束
−4
−3
很快便降到10 pF量级以下，已不能使用R 0.1pF (10 pF 时，油层内的含水量较室温时明显降低，液滴排布呈
量级)值作为门槛值来判断油水分离结束的时间，仅
稳定状态，此时油水分离程度更好，更接近理论意义
用R 0.01pF 值作为油水分离结束的门槛值. 图5中虚线表
上的油水分离结束点.
示电容值变化率 R 0.01pF =0.000 17 pF/s的位置. 根据

3.4 机理分析
R值与门槛值线的相对位置，得到油样的油水分离时
油包水型(W/O)乳状液的油水分离根本原理是油
间，如表4所示.
相中的水相经过聚结、沉降过程，从乳状液中分离沉
各油样分水停止时间由短到长依次为A→B→E→D→
降至油层下，实现油水分离. 聚结是水相的小液滴在
H→G→C→F.
水分子动能作用下合并成大液滴的过程. 液滴体积逐
3.3 微观形貌
渐增大至足够脱离油相的尺寸，此时的液滴的最小尺
从8个样品中，依据分水时间长短(即分水性优
寸即为临界分离尺寸. 在重力作用、破乳剂创造的油
劣)，兼顾温度变化分水时间变化明显的要求，选取油
水界面低张力条件下，达到临界分离尺寸的液滴开始
样进行分水后油层微观形貌分析. 在室温和54 ℃条件
沉降，直至脱离油层. 重力分离结束时油层内还会留
下，8个油样分水时间由短到长的排序如下：①室温
有少量难以分离的水相.
R 0.1pF 时，C→A→E→H→F→G→D→B；②室温R 0.01pF
研究中选择室温和54 ℃两种温度条件，不同温度
时，C→A→E→H→D→G→F→B；③54 ℃R 0.01pF 时，A→
B→E→D→H→G→C→F. 可以看出，室温条件下，无 下水分离，乳状液表现出不同的电容值变化规律，利
论分水停止门槛值是R 0.1pF ，还是R 0.01pF ，C油的分水时 用电容法评定温度对汽轮机油分水性影响，分析其机
间最短，B油的分水时间最长，并且在54 ℃时，C油的 理分为2个步骤，即：搅拌和分离.
分水时间排序由第1位降至第7位，而B油则由第8位升 室温条件下，在机械高能搅拌下，油水混合液形
至第2位. 其他油样的分水时间受温度影响程度不同， 成W/O型乳状液，油层中含有大量水滴，水相以尺寸
但没有B和C油表现明显. 所以，选取B和C油作为微观 较大的液滴分散在油相中，小尺寸液滴较少；分离时，

形貌分析对象. 油层电容值大即含水量较高(与54 ℃比电容值较大)，
图6是B和C油分别在室温R 0.01pF 和54 ℃条件下分 液滴尺寸大，多数液滴达到或超过临界分离尺寸，直
水结束时的油层微观形貌. 室温时，B和C油内含有大 接沉降，小液滴则通过聚结很快达到分离临界尺寸，
量水相液滴，如图6(a)和图6(c)所示，大粒径液滴数量 沉降而出，因此分水时间短.
较多，且液滴的边界膜具有一定厚度；大液滴间隙中 温度升高使分子运动速度加快、液体表面张力下
紧密布满不同粒径的小液滴；B油油层内的水相液滴 降，也使油品粘度降低. 54 ℃条件下，在机械高能搅拌

表 4 各油样在不大于R=0.01pF时的油水分离结束时间表
Table 4 End time schedule of oil-water separation when each oil sample is not greater than R = 0.01pF

Sample
Times
A B C D E F G H
1 14′00″ 16′00″ 24′30″ 19′00″ 20′30″ 56′30″ 19′30″ 21′30″
2 16′00″ 16′30″ 21′30″ 21′00″ 19′30″ 60′00″ 22′30″ 21′00″
3 15′00″ 17′00″ 21′30″ 20′00″ 19′30″ 60′30″ 22′30″ 18′00″
4 15′00″ 16′30″ 21′30″ 20′00″ 19′30″ 59′30″ 22′30″ 19′30″
5 15′00″ 17′00″ 22′00″ 19′00″ 20′00″ 60′00″ 22′00″ 21′00″
6 16′00″ 16′30″ 23′30″ 21′00″ 20′30″ 58′00″ 21′30″ 21′30″
Average value 15′10″ 16′35″ 22′25″ 20′00″ 19′55″ 59′05″ 21′45″ 20′25″