船舶及海洋平台的轮机油水混合物油水相界间弥散传质机理、流变特性及其成分在线检测技术研究

The purpose of this proposal is to investigate the dispersion mass transfer between the phase of oil-water emulsion and its rheological property, as well as to develop an on-line method for identifying the ingredient of oil-water mixture for marine engineering in ship-borard and offshore platform. The phase dynamics, nonlinear fluid dynamics and molecular thermal dynamics will be applied into the liquid –liquid mass transfer for the theoretical research of dispersion mass transfer and rheological property in the oil-water liquid mixture. It is expected to have a better understandings into the mechanisms about its phase variation and dispersion mass transfer between the phase of oil-water emulsion as well as to fid out theoretical description to the phase deformation, transformation and stability of the oil-water mixture during the phase inversion processdue tothe enter of oil into the water or water reenter into oil.A method of identifying the composition of oil-water mixture and its phase inversion may be developed based upon inverse problem by applying the rheological property of oil-water mixture and a theoretical approach may also be expected forthe solution of regularization in inverse problem. The outcome of the proposal may be helpful for the development of oil-waterseparation devise and on-line composition detection for oil-water mixture in ship-board and offshore platform.

课题针对船舶及海洋工程的轮机油污水分离中存在的乳状液相界传质和流变特性等理论问题；以及油水混合物在线检测理论方法和技术问题展开研究。将界面力学、非线性流体力学以及分子热力学的基本方法引入油水混合物弥散传质和流变特性的机理探索，从而发展经典的液-液传质理论。以期从理论上认识油水混合物体积比变化到临界数值发生油包水型（W/O）和水包油型（O/W）的包覆状态发生转变即发生相反转的过程中，油水混合物相反转中的相界变化、油水两相间的弥散传质机理，以及油水界面的失稳、突变和再平衡过程的理论描述。在获得油水混合物流变特性的基础上，解决油水混合物成分和相反转鉴别反问题呈现出的典型不适定性问题，发展出一种油水混合物成分和相反转在线检测方法，为工程反问题解决典型的不适定性问题提供一种理论思路。课题的理论结果可为船舶油水高效分离设备的设计和油水混合物成分在线检测装置的开发，提供理论方法和技术路线。

课题针对船舶及海洋工程的轮机油污水分离中存在的乳状液相界传质和流变特性等理论问题以及油水混合物在线检测理论方法和技术展开研究，成果主要表述如下：.1.探明了界面参数对油水弥散传质规律的影响，发现弥散传质的过程中液滴掺混聚并过程具有特定的迁移及合并趋势。油-水混合物中分散相与连续相之间的界面存在特殊的压缩以及松弛效应。.2.阐述了油-水混合物的介观界面区存在弥散传质的特性。界面缔合物的存在与迁移是弥散传质的重要基础也是其不同于扩散作用的本质特征。由于界面缔合物的存在，硅油-水界面被压缩时界面压力迅速增加；当界面松弛时，缔合物引起的界面压松弛效果无论是强度还是速度均大于界面扩散导致的界面松弛效果。.3.给出了油水转相下的微观解释，采用耗散粒子动力学方法对不同含水率下硅油-水共混体系的相态结构变化过程进行追踪模拟，同时采用分子动力学方法模拟了硅油-水混合物发生弥散传质的动力学过程；硅油-水共混界面分子之间存在氢键和范德华这两种弱相互作用，其中氢键作用远强于范德华作用，不同类型的氢键作用对油水分子结构也造成了不同程度的影响，使得水分子和硅油分子之间出现共混缔合现象。.4.给出了通用形式下应用传热学反问题方法解决油水乳状液、油砂混合物等多相流组分的理论技术方法，解决了传热学反问题在以上不同液体流动过程中物性求解的不适定问题和精度控制问题。.该项目共标注发表论文23篇，其中SCI收录14篇（含中科院顶尖期刊论文8篇），EI收录6篇，北大核心论文收录3篇，取得相关专利授权9项，论文总被引次数为36次。课题的理论结果不仅能够丰富液-液传递和多相流界面行为的理论基础，同时对目前油水分离、海洋溢油污染处理等工程需求提供原理性参考。另外，本研究在油水乳状液流变特性及成分检测技术的发展，为传热学反问题的应用提供案例的同时，也为化工、机械等行业混合物组分在线检测提供了一种普适性技术。