论文部分内容阅读
油气分离器能有效地移除气流中的油滴,因此,在天然气净化、大型旋转机械曲轴箱通风和压缩空气过滤等领域具有广泛的工业应用。油气分离材料作为油气分离器的核心材料,其性能对于提高工业过程及设备可靠性、减少环境污染和提升经济效益等起着至关重要的作用。通道特性及表面特性等材料本身性能参数被普遍认为是影响材料油气分离性能的关键参数。当前,尽管已有研究人员围绕上述主题开展了针对性的研究工作,但相关研究并不完善。因此,本研究拟进一步深入探究材料的孔径梯度分布及表面润湿特性对其油气分离性能的影响。本论文制备了5种不同孔径且定量、厚度接近的油气分离材料,通过逐层叠加材料至六层,探究了不同层数、不同孔径递增分布形式对材料油气分离性能的影响;随后,通过对材料进行超疏油表面改性,探究了超疏油特性对材料油气分离性能的影响。具体内容和主要结论如下:1.通过对原有油气分离试验台及相关测试方法进行改进,使改造后的油气分离试验台能在稳定面流速条件下开展多层材料的油气分离性能测试,测试时覆盖的液体气溶胶粒径范围在0～20μm之间。2.制备了定量、厚度相近,目标孔径分别为5μm,8μm,11μm,14μm和17μm的材料。随着材料的孔径从5μm增大至17μm,透气度从100 mm/s增大至635 mm/s;初始压降和稳态压降分别由113 Pa和5144 Pa减小至52 Pa和2250 Pa;对于小于0.6μm的液滴,材料的油气分离效率由59.96%减小至29.81%;对于大于0.6μm的液滴,材料的油气分离效率由89.57%减小至83.20%。3.在本文研究范围内,对于聚结的不同阶段,存在利于聚结过程的孔径递增分布形式。当材料层数为两层时,相邻材料间存在6μm孔径差有利于聚结分离;当材料层数为三层时,后两层材料的孔径差为零有利于聚结分离;随着材料层数逐步增加至六层,均为后两层材料间存在3μm孔径差有利于聚结分离。4.当材料层数从两层增至六层,在六层材料的稳态压降（A617,7904 Pa）与双层材料的稳态压降（A208,7804.3 Pa）相近的情况下,对于小于0.6μm的液滴,材料的油气分离效率由98.78%提高至99.75%;对于大于0.6μm的液滴,材料的油气分离效率由99.44%提高至99.79%;材料到达稳态的时间延长了1.7倍。5.超疏油表面改性可改善材料的油气分离效率,但其到达稳态的时间较短,聚结油量少。对于小于0.6μm的液滴,超疏油改性可使材料效率由99.748%增至99.999%;对于大于0.6μm的液滴,超疏油改性可使材料效率由99.794%增至99.998%;但其到达稳态的时间仅为超亲油材料的1/3;聚结分离的油液量为0.0059 g。6.在多层超亲油材料中加入超疏油层可改善材料的综合油气分离性能。对于小于0.6μm的液滴和大于0.6μm的液滴,材料SF5（首层为超疏油层）和F5S（末层为超疏油层）分别具有较高的油气分离效率,为99.967%和99.970%。此外,材料SF5聚结油量（1.5351 g）是F5S（1.3755g）的1.1倍,是超亲油材料F6（0.5263g）的近三倍。本论文通过探究材料的孔径梯度分布及表面润湿性对其油气分离性能的影响,得到了利于油气分离过程的具有孔径递增分布形式的高效低阻材料;证实了超疏油表面改性可大幅提高材料的油气分离效率至99.995%以上;提出了适合不同工况条件（大小液滴比例）的亲疏油材料组合方式,对实际应用中气液聚结器的结构设计和性能优化改善具有实际指导意义。