[发明专利]一种测试含活性剂油滴在气水界面铺展速度的装置及方法

说明书

本发明涉及一种测试含活性剂油滴在气水界面铺展速度的装置及方法。该装置包括计算机1、高速相机2、表面皿3、光源6、支架7、透明导管5和进样器4。该方法包括：取适量油溶液注入透明导管延伸出表面皿的一端，使透明导管充满含活性剂的油溶液；向表面皿中加入去离子水构建气水界面；用进样器提取含活性剂的油溶液，通过透明导管输送至表面皿的气水界面上，利用高速相机采集油滴在气水界面铺展过程的图像并传输至计算机；计算不同时刻油膜的铺展速度，并绘制铺展速度随时间的变化曲线。本发明能够测试含活性剂油滴的铺展速度及其随时间的变化情况，通过改变油滴体积、温度、离子类型和浓度，评价环境因素对含活性剂油滴铺展性能的影响。

技术领域

本发明属于界面科学与应用领域，具体涉及一种测试含活性剂油滴在气水界面铺展速度的装置及方法。

背景技术

随着石油工业的不断发展，能源需求日益增加，在石油开采、运输、储存和炼制过程中，可能发生开采泄漏、井喷溢油、油轮漏油以及含油废物排放等事故，这往往引发严重的大气、土壤和水体污染。石油是含有烷烃、环烷烃、芳香烃、胶质、沥青质、含氧含硫含氮化合物以及金属化合物等成分复杂的混合物，其中羧酸、胶质、沥青质和蜡等组分具有表面活性，丰富了原油的物理化学性质。石油污染是造成海洋环境污染的主要原因，当海上漏油事故发生后，由于原油密度比水低，原油会在水面铺展扩散形成油膜，且原油中的天然表面活性物质具有润湿铺展性能，可显著提高原油在气水界面的运移能力，进而增大油膜的铺展速度和铺展面积，导致石油污染物的污染范围变广。此外，原油组分大多具有挥发性，以及油膜覆盖在水面上会阻碍海洋的能量和物质交换，当表面活性物质明显增大油膜的覆盖面积和铺展速度后，会加速原油组分的挥发和提高油膜的覆盖范围，从而导致严重的大气污染以及海洋生态平衡破坏。

若发生海上泄油事故后，如果能准确实时预测油膜在海面的污染范围，就可及时采取物理、化学或者生物方法对油膜污染物进行处理。基于此，开展测定含活性剂油滴在气水界面的铺展速度实验对于预测和监测油膜污染物在水面上的运移速度以及覆盖面积具有重要意义，因此本发明提出一种测试含活性剂油滴在气水界面铺展速度的装置及方法，评价含活性剂油滴在水面的铺展性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种测试含活性剂油滴在气水界面铺展速度的装置，该装置结构简单，实用性强，能够测试含活性剂油滴在水面铺展的速度及其随时间的变化情况，通过改变油滴体积、温度、离子类型和浓度，评价环境因素对含活性剂油滴在水面铺展性能的影响。

本发明的另一目的还在于提供利用上述装置测试含活性剂油滴在气水界面铺展速度的方法，该方法原理可靠，操作简便，通过实时测定含活性剂油滴在水面铺展的速度及其随时间的变化，从而评价和研究油滴体积、温度、离子类型和浓度对油膜铺展速度的影响规律。

为达到以上技术目的，本发明采用以下技术方案。

测试含活性剂油滴在气水界面铺展速度，其原理在于：将含活性剂油滴置于气水界面上，利用高速相机记录油滴在气水界面铺展形成油膜的过程，直至油膜面积不再增大时停止录制，所录制的油膜铺展过程可以转化为连续不同时刻的快照，根据高速相机拍摄时所设置帧率，计算得出相邻两帧图像的时间间隔为Δt(t₂-t₁)，在相邻两帧图像的同一方向上测量油膜运移的距离差Δx(x₂-x₁)，则v₁＝Δx/Δt为油膜铺展过程中t₁时刻的速度v₁。通过计算油膜在水面铺展过程中不同时刻的速度，进而得出油膜在水面铺展过程中速度随时间的变化。

一种测试含活性剂油滴在气水界面铺展速度的装置，主要由计算机、高速相机、支架、表面皿、光源、透明导管和进样器组成。

所述计算机可设置拍摄参数、存储数据以及进一步分析和处理数据，与高速相机相连。