CN116106176B - 一种相间界/表面成膜可视化及液膜特性测量装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及的是一种相间界/表面成膜可视化及液膜特性测量装置，它包括包括多个并联的多元组分容器、气源、乳化/起泡罐、多元组分乳化与起泡体系相间成膜结构、液膜电特性测量部件结构、液膜厚度与结构演变测量及可视化单元结构，多个并联的多元组分容器及气源分别连接乳化/起泡罐，多元组分乳化与起泡体系相间成膜结构包括电解池、并联管路、玻璃毛细管，电解池置于控温绝缘槽内，控温绝缘槽底设置多个槽孔，乳化/起泡罐连接微量注射泵，微量注射泵一方面连接并联管路，微量注射泵另一方面连接玻璃毛细管，玻璃毛细管液膜电特性测量部件结构设置于电解池内。本发明突破了以往成膜装置在可视化液膜结构演变过程和定量表征液膜特性的局限。
Description
技术领域：
本发明涉及在油田采出液相间乳化与起泡作用形成的界/表面膜对采出液稳定性影响揭示与失稳工艺技术，具体涉及的是一种相间界/表面成膜可视化及液膜特性测量装置。
背景技术：
界面是两相物质之间的分界，广泛分布于自然界之中。由于物质可被分为气、液、固三种相态，故也就存在气-液、气-固、液-液、液-固和固-固五种不同的相间界面。其中，气相与液相、气相与固相构成的界面，也就是当界面的两相之一为气相时，通常被称之为表面。凝聚态物质的界/表面结构、电荷与性能关系一直是面向解决各类相关工程问题的关键。以素有“工业味精”之称的表面活性剂为代表，作为促进界/表面形成的物质，广泛应用于各工业领域，与其作用位置微观相对应的界/表面亦与实际联系紧密，对于社会各项生产活动至关重要，目前有关界面的研究已涉及材料制造、智能感知探测、生物医药、分离工程及环境保护等各个学科行业。在石油化工领域，特别是在我国多数老油田步入高含水和高采出程度的“双高”开发阶段的背景下，得益于表面活性剂特有的界面特性，如降低油-水界面张力、使原油增溶、改变界面流变性，以及聚合物能够增加驱替相表观黏度、改善油水流度比、提高驱替相在油层中的波及体积等机制，陆续开发出并发展了表面活性剂驱、聚合物驱、二元复合驱及三元复合驱等化学驱油技术，在老油田深度开发大幅提高原油采收率中扮演着举足轻重的作用。另外，表面活性剂作为起泡剂，其在地层渗流过程中，能与油、水相互作用而产生大量油基或水基泡沫，从而利用泡沫体系对油、水的携带能力而发展出了泡沫驱油这一有工业应用价值的采油方式。
然而，井网注采关系决定了随着驱替前缘的运移，化学驱采油中，碱、表面活性剂和聚合物等驱油剂组分势必会伴随采出液不同阶段、不同程度返出。从理论来讲，一方面，由于表面活性剂具有两亲性分子结构，存在于油水体系中必然定向吸附、排列在油-水界面，且像商业化应用较为成熟的重烷基苯磺酸盐和石油磺酸盐都属于阴离子型表面活性剂，其在水溶液中解离出的负电荷会导致油水界面膜的电性改变，液滴之间由于静电排斥作用而聚并困难。同时，经历不同降解和稀释程度的高分子聚合物，也会进一步增强油水界面膜的稳定性与其性质的复杂性。另一方面，在油田地面系统采出液处理过程中，由于采出液在前端流经井筒、集输管道和分离设备而不可避免地受到碰撞、剪切等作用而形成紊流流动结构，加剧输送多相介质中溶解气的析出，附以表面活性剂、聚合物等驱油剂协同降低输送介质的表面能，便为气-液表面、油-水界面的形成创造了有利条件，致使不同规模的泡沫产生、不同乳化程度的乳液形成。这种气-液表面形成环境下泡沫液膜的生成与油-水界面形成环境下界面液膜稳定性的增强，会显著增大原油脱气、脱水的停留时长，减小分离设施的运行负荷，降低分离工艺的处理效率，增加地面系统的生产运行成本。
显然，实现采出液高效油气水分离的关键取决于对相间乳化与起泡形成界/表面膜特性的认识，以及对液膜排液调控方法的构建，然而，在实验测试中，如何还原气-液表面及油-水界面的形成环境，实现多元组分相间界/表面成膜，如何可视化描述形成的液膜结构与其演变，以及如何基于可视化一体化测量液膜表面电特性与成膜厚度等重要参量一直受到测量手段与装备的限制。尽管存在较多的薄膜厚度测量方法，如基于光学干涉法，极值法、原子吸收光谱法、椭圆偏振法等原理的薄膜测厚装置，但考虑薄膜形成与其结构实时演变的测量过程尚不能实现，对于目前测试液膜电特性的装置及方法主要涉及的是基于电泳法、电渗法、流动电位法及超声波法等原理，以Zeta电位表征液滴整体或颗粒与溶液体相间的电性，也就说只能用以度量一定粒径的液滴或颗粒之间相互排斥或吸引力的强度，难以反映真正作用于液滴或颗粒稳定的电荷分布。原子力显微镜(AFM)探针技术能够表征物质表面形貌结构、电磁性能，由Binnig和Rohrer在1985年率先发明使用(Binnig G.,RohrerH.,IBM Journal of Research and Development,1985,30(4)：355～369)。该技术是将两个极其敏感的微悬臂一端固定，另一端的探针扫描样品，其与样品表面的相互作用会使悬臂发生形变或运动状态改变，这些变化会被传感器感知，从而获得作用力的分布，进而表征样品的表面信息。近年来，液滴/气泡探针技术也已被开发，能够直接测量气泡与各种物质表面之间的相互作用力，并量化不同的表面相互作用对整体的贡献。在此基础上，结合折射干涉对比显微镜(RICM)，还可以可视化液滴、气泡液膜的结构演变(Shi Chen,Xie Lei,Zhang Ling,Lu Xi,Zeng Hongbo,Journal of Colloid&Interface Science,2020,558：173～181)。然而，尽管利用AFM探针技术可以有效观测纳米级别的液膜表面形貌，并在一定程度上能够表征膜表面电磁特性，但其不能同步实现液膜厚度的测量，并且探针技术的使用依赖于原子力显微镜，由于原子力显微镜价格高昂、应用领域窄及其保有量和使用量极少，这就导致该技术的使用极其受限，并且，探针的精准水平也严重限制了该技术的推广应用，目前普遍存在探针寿命短、测量分辨率低和一致性较差等问题。
因此，针对油田采出液相间界/表面成膜可视化与液膜特性一体化测量的难题，考虑实际采出液组分的复杂特性，建立一套能够实现多元组分共存环境下相间乳化与起泡界/表面成膜，并能够一体化测量液膜表面电特性与膜厚度，以及实时可视化再现液膜结构与演变的装置，进而为揭示采出液稳定性影响，为采出液失稳工艺技术开发提供了有效手段和技术方法，已成为一个亟待解决的问题，同时也能够为凝聚态物质的界/表面结构、电荷与性能关系表征提供测量装备。
发明内容：
本发明的目的是一种相间界/表面成膜可视化及液膜特性测量装置，这种相间界/表面成膜可视化及液膜特性测量装置用于解决现有手段和装置难以实时实现界/表面成膜，以及对成膜厚度、成膜结构、液膜薄化演变、成膜电特性测量的问题，尤其是无法定量表征采出液中存在潜在化学剂组分及其性质变化对液膜特性影响的技术难题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：这种相间界/表面成膜可视化及液膜特性测量装置包括多个并联的多元组分容器、气源、乳化/起泡罐、多元组分乳化与起泡体系相间成膜结构、液膜电特性测量部件结构、液膜厚度与结构演变测量及可视化单元结构，多个并联的多元组分容器及气源分别通过管线连接乳化/起泡罐，多元组分乳化与起泡体系相间成膜结构包括电解池、并联管路、玻璃毛细管，电解池设置于控温绝缘槽内，控温绝缘槽底设置多个槽孔，乳化/起泡罐连接微量注射泵，微量注射泵一方面连接并联管路，微量注射泵另一方面连接玻璃毛细管，微量注射泵连接玻璃毛细管的管线上设置压力传感器、压力调控器，玻璃毛细管液膜电特性测量部件结构设置于电解池内，液膜厚度与结构演变测量及可视化单元结构包括汞光灯、反射镜片、显微成像系统，光线经反射镜片对多元组分乳化与起泡体系相间成膜结构生成的液膜进行照射，且反射镜片安置于滑块顶端，滑块与支架滑动连接，滑块在支架上横向移动，实现针对不同槽孔及其对应水平玻璃毛细孔板成膜位置的多点照射，经液膜折射的光线再通过滑块上的反射镜片产生反射，反射光的强度由光电二极管进行测量，并由图形记录器保存，基于反射光强度和液膜厚度的关联，计算液膜的厚度和液膜的薄化速率。
上述方案中多个并联的多元组分容器包括油相容器、水相容器、碱剂溶液容器、表面活性剂溶液容器、聚合物溶液容器，每个容器出口设置流量计。
上述方案中乳化/起泡罐内设置搅拌剪切装置，乳化/起泡罐壁设置水浴夹层，水浴夹层连接循环控温水浴，罐体还开设取样口和外接测试接口；搅拌剪切装置由两个同心搅拌圆筒和搅拌电机构成，两个同心搅拌圆筒分别为内同心搅拌筒和外同心搅拌筒；内同心搅拌筒筒壁布置网孔定子头，其在旋转过程中使罐体内油、气、水相间充分混合，加速多元组分的相间乳化与起泡；外同心搅拌筒的上下底面设有平行流道，用于罐体内部流体循环流动。
上述方案中多元组分乳化与起泡体系相间成膜结构是由一体化的水平玻璃毛细孔板与多个垂直玻璃微流道隔板组成，垂直玻璃微流道隔板竖直固定于水平玻璃毛细孔板，垂直玻璃微流道隔板的中心设有上下贯穿的垂直微流道，水平玻璃毛细孔板内设有并行、水平流向的水平微流道，且在每条水平微流道的中央处设有垂直贯通的微孔，垂直玻璃毛细管与水平玻璃毛细管通过垂直微流道与水平微流道入口对接相连，制备完成的乳化与起泡体系通过微量注射泵依次经过供液管、垂直玻璃微流道隔板的垂直微流道、水平玻璃毛细孔板的水平微流道，形成并联管路注入至水平玻璃毛细孔板的微孔区域；
并联管路汇聚至水平微流道，水平微流道末端出口处连接有垂直放置的玻璃毛细管，玻璃毛细管内的液面高度通过压力调控器调节，当乳化与起泡体系通过微流道流经至玻璃毛细孔板上的微孔时，形成双凹型相间界/表面，由于界/表面球面曲率半径会引起毛细压力，进而产生压力梯度促使液体从膜中排出，破坏液膜稳定性，根据液膜压力平衡原理中相间界/表面平衡时的毛细压力有：
式中，τ为液膜稳定后的相间界表面张力，N/m；R为水平玻璃毛细孔板内微孔半径，m；r为双凹型的界表面曲率半径，m；
通过压力调控器调节玻璃毛细管内的液面高度，控制相间界表面成膜时的毛细压力，使多元组分乳化与起泡体系相间界/表面成膜单元利用液膜压力平衡原理形成液膜、稳定液膜和薄化液膜。
上述方案中液膜电特性测量部件结构是基于RC等效电路原理设计的，电容器由两个相互靠近的导体中间夹杂一层不导电的绝缘介质构成，液膜具有比相邻电解质溶液高数个量级的电阻，两个正负电极及电极之间分离电解质溶液的液膜为一个电容；
水平玻璃毛细孔板位于充满电解液的电解池中，在水平玻璃毛细孔板上每个成膜微孔的上、下方分别布置一套正对的正电极、负电极，利用电极、电解池组件自身具有的电阻和电容、各微孔成膜的电阻和电容、所有连接导线与电缆的电阻，各正电极、各负电极均与可调频电源相连，实现对应于各微孔布置电极构建内置电阻-电容的RC等效电路。
上述方案中玻璃毛细孔板不同微孔对应的各对正电极和负电极之间并联连接，通过导线将位于玻璃毛细孔板微孔正上方的5个正电极均连接独立开关后接至电源正极，5个负电极置于玻璃毛细孔板下方的水平透明滑轨中，用导线连接至电源负极，利用导线牵引带动负电极在电解池水平透明滑道中横向滑移，形成滑动机构以调控玻璃毛细孔板中5个微孔与下方负电极的横向相对位置，使电解池中可调频电源、电解液、水平玻璃毛细孔板微孔处的液膜及其上、下方的正负电极构建成RC等效电路，待液膜稳定后，数据处理系统根据电信号采集系统收集的信息，测量水平玻璃毛细孔板成膜阻抗，获得液膜的电特性。
上述方案中液膜厚度与结构演变测量及可视化单元结构将液膜干涉反射光强度和液膜厚度及液膜薄化速率相关联，在利用显微干涉法测量液膜厚度时，液膜边界是两个平行的数学平面，当某组分分子或某些组分分子吸附聚集于这两个数学平面上时，分别产生表面张力，这两个表面张力间的距离定义为液膜厚度，在获得其所反射可见光的强度时，根据反射光强度和液膜厚度的关联式确定液膜厚度：
式中，为液膜等效厚度，nm；λ为光的波长，nm；n为分散相的折光率；N为相关于分散相折光率和连续相折射率的参数；I和Imax分别为对应于某一液膜厚度或干涉最大时的反射光强度；
考虑黏度性质的液膜薄化速率基于Stephan-Reynolds关系确定：
式中，h为液膜厚度，nm；t为时间，s；r为液膜半径，μm；ΔP为毛细管压力，Pa；μ为体系体相黏度，mPa·s；
与此同时，反射光被显微成像系统收集，显微成像系统包括高速相机、图像采集系统和液膜成像显示器，实时可视化再现液膜的结构状态，以及液膜排液、薄化等结构演变行为。
上述方案中搅拌电机的数量为2个，搅拌电机功率60W，转速30～1300r/min，通过机械传动机构实现同轴共转分别驱动两个同心圆筒，并且能够各自调控转数来模拟剪切强度大小的变化。
上述方案中外接测试接口与水平方向呈45°角设计，其中插入聚焦光束反射测量仪和粒子视频显微镜的探头，实时追踪乳化、起泡体系分散相颗粒及液滴的粒径、数量及形貌结构的变化。
上述方案中电解液采用1.0～1.5％的氯化钠(NaCl)溶液；水平玻璃毛细孔板垂直贯通的微孔孔径为500～1500μm，相邻两个微孔间隔为100μm，水平微流道直径300μm；正电极头、负电极头分别与水平玻璃毛细孔板上、下表面距离2～5mm，水平玻璃毛细孔板上下表面间距5mm；可调频电源交流电输入电压为220V，输出电压为0～6000V连续可调；微量注射泵注射多元组分乳化与起泡体系的流量为0.001μL-1μL/min。
有益效果：
(一)本发明对于多元组分乳化与起泡体系生成单元结构设计，考虑了在化学驱油技术广泛应用的背景下油田采出液组分的复杂构成，设置了多个原料气、液容器，且各自带有计量装置，可精准调控原料气、液量，不仅最大程度保证了与油田采出液体系的相似性，还有助于根据不同测量需求，自主调配所需不同组分构成的乳化与起泡体系。
(二)本发明中的成膜单元结构设计为玻璃毛细孔板，微孔孔径分布在500～1500μm，大小不一的孔径可以对应生成不同规格的液膜，并且与玻璃毛细孔板相连的玻璃毛细管可通过平衡压力调控生成液膜的厚度，这使得该装置既可以生成不同体系的液膜，又可以调控所形成液膜的尺寸和厚度，有益于全面系统性地再现多元组分体相构成、体相性质和液膜自身结构差异对界/表面成膜稳定性的影响。
(三)本发明利用电极、电解池等组件，以及生成液膜自身的电阻和电容搭建了RC等效电路，接通电路开关，通过测量相应节点的电特性，能够实现界/表面在不同组分、不同组分分子堆砌分数条件下液膜电特性的测量。施加的电极采用并联方式布置，电流有多条通路，且水平玻璃毛细孔板上设有多隔板单元，生成的液膜之间互不影响，通过控制不同通路上的独立开关，既可以精准测量指定液膜的电特性，又能够消除在测量过程中不同液膜之间的相互干扰。
(四)本发明中考虑到液膜与周围局部电解液形成的电容特性，电压低于液膜击穿电压时，无法获取用以表征液膜电特性的电流变化特征，则基于尖端电荷聚集效应，将正负电极放电端电极头均设计为尖锐针状，促使两电极集中放电，减缓电极发散放电带来的电能损耗，有效提高作用于液膜上、下表面的实际电压，且控制正、负电极与水平玻璃毛细孔板上、下表面间的距离，增强正、负电极施加在液膜内部的电场强度，强化电解液中离子电荷的定向运移性能，进一步促使液膜发生电压击穿以产生电流特征。另外，水平玻璃毛细孔板底部下表面设有横向的透明水平滑轨，通过牵引导线调控负电极与水平玻璃毛细孔板之间的横向相对位置，能够避免在液膜厚度与结构演变测量过程中负电极给微孔处形成的液膜产生遮挡，从而使得液膜电特性及液膜厚度与其结构演变的一体化测量成为了可能。
(五)本发明基于光学原理，利用高灵敏度的光电二极管测量薄膜反射光强度，并基于反射光强度和液膜厚度的关联，通过数据处理系统获得液膜的厚度。同时，数据处理系统除了能够完成定量表征液膜的厚度外，也可实现对玻璃毛细孔板成膜特征参数的记录及其影响的反馈。此外，反射光也被高速相机捕捉，液膜图像信号经图像采集系统处理并传递至液膜成像显示器，可对液膜的结构状态，以及液膜排液、薄化过程实时可视化再现。
(六)本发明填补了在凝聚态物质的界/表面结构、电荷与性能关系表征领域测量手段的空白，为有效构建多元组分乳化与起泡体系相间形成界/表面膜，并一体化测量包括膜厚度、膜电特性，以及可视化膜结构演变过程提供了先进的装备，突破了已有相关测量装置在乳状液“液-液”界面膜、泡沫“气-液”表面膜宏观、微观性质测试方面的局限，能够为更加全面地揭示多元组分对相间乳化与起泡界/表面成膜与其失稳的影响，进而开发高效相分离工艺技术提供了有益的科学方法、技术手段和测量装备，同时，也对表征凝聚态物质界/表面结构、电荷与性能关系这一面向破解各类相关工程难题的关键基础问题提供了条件。
(七)本发明充分考虑了化学驱采出液组分类型多样与性质复杂对采出液失稳的阻碍抑制作用，结合运用光学原理、电学方法以及压力平衡技术，突破以往成膜装置在可视化液膜结构演变过程和定量表征液膜特性的局限，具有原理明确、结构紧凑、操作简单、精度高、可靠性好与维护方便的特点。
附图说明：
图1为本发明的结构示意图；
图2是本发明中电解池及反射镜片结构关系放大图；
图3是本发明中水平玻璃毛细孔板、垂直玻璃微流道隔板、垂直微流道及水平微流道之间关系示意图；
图4是本发明中RC等效电路中负电极布置的示意图。
图中：1-乳化/起泡罐；2-内同心搅拌筒；3-外同心搅拌筒；4-搅拌电机；5-油相容器；6-水相容器；7-碱剂溶液容器；8-表面活性剂溶液容器；9-聚合物溶液容器；10-流量计；11-外接测试接口；12-水平取样口；13-气源；14-循环控温水浴；15-温度传感器；16-微量注射泵；17-压力传感器；18-可调频电源；19-电信号采集器；20-供液管；21-正电极；22-负电极；23-透明水平滑轨；24-水平玻璃毛细孔板；25-微孔；26-垂直玻璃微流道隔板；27-垂直微流道；28-微流道控制阀；29-压力调控器；30-温度计；31-玻璃毛细管；32-电解池；33-导线；34-独立开关；35-控温绝缘槽；36-槽孔；37-汞光灯；38-反射镜片；39-光电二极管；40-图形记录器；41-高速相机；42-图像采集系统；43-液膜成像显示器；44-目镜；45-数据处理系统；46-支架；47-滑块；48-水平微流道；49-透明玻璃竖挂板；50-矩形滑块；51-定位板；52-四脚支架；53-玻璃保护套。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明做进一步说明：
这种相间界/表面成膜可视化及液膜特性测量装置设计思路如下：
(一)多元组分乳化与起泡体系生成单元结构设计。考虑多元组分构成，依次设置包括油、水、甲烷气、碱、聚合物及表面活性剂在内的原料气、液容器，通过管道与乳化/起泡罐1相连，且原料气、液容器配备计量仪表，可调控原料气、液添加量。乳化/起泡罐1除罐体主体结构外，还包括搅拌剪切装置和循环控温水浴14，搅拌剪切装置由两个同心搅拌圆筒和为其提供动力的搅拌电机4构成。在圆筒结构设计中，内同心搅拌筒2筒壁布置网孔定子头，这样在旋转过程中可以使罐体内油、气、水相间充分混合，加速多元组分的相间乳化与起泡。为促进罐体内部流体循环流动，外同心搅拌筒3的上下底面则设有平行流道。循环控温水浴14与罐体相连，为乳化、起泡体系提供温度控制。另外，罐体底部和中下部还分别开设取样口和外接测试接口11。
由此完成多元组分乳化与起泡体系生成单元结构设计。
(二)多元组分乳化与起泡体系相间界/表面成膜单元结构设计。多元组分乳化与起泡体系相间成膜结构是由一体化的垂直玻璃微流道隔板26与水平玻璃毛细孔板24组成，垂直玻璃微流道隔板26的中心设有上下贯穿的垂直微流道27，在垂直玻璃微流道隔板26下方的水平玻璃毛细孔板24内，设有并行、水平流向的微流道，且在每条微流道的中央处设有垂直贯通的微孔，垂直玻璃毛细管与水平玻璃毛细管通过垂直微流道27与水平微流道48入口对接相连，技术方案(一)制备完成的乳化与起泡体系可通过微量注射泵依次经过供液管20、垂直玻璃微流道隔板26的垂直微流道27、水平玻璃毛细孔板24的水平微流道48，形成并联管路注入至水平玻璃毛细孔板的微孔区域。
在水平玻璃毛细管的水平微流道内，并联管路汇聚至另一侧出口处，并连接有垂直放置的玻璃毛细管31，毛细管内的液面高度通过压力调控器29调节，当乳化与起泡体系通过微流道流经至玻璃毛细孔板上的微孔25时，会形成双凹型相间界/表面，由于界/表面球面曲率半径会引起毛细压力，进而产生压力梯度促使液体从膜中排出，破坏液膜稳定性，而根据液膜压力平衡原理中相间界/表面平衡时的毛细压力有：
式中，τ为液膜稳定后的相间界表面张力，N/m；R为水平玻璃毛细孔板内微孔半径，m；r为双凹型的界表面曲率半径，m。
则通过压力调控器29调节毛细管内的液面高度，控制相间界表面成膜时的毛细压力，从而使多元组分乳化与起泡体系相间界/表面成膜单元利用液膜压力平衡原理形成液膜、稳定液膜和薄化液膜。另外，整个单元置于控温绝缘槽35内，可实现对成膜过程温度条件的调控。
由此完成多元组分乳化与起泡体系相间界/表面成膜单元结构设计。
(三)基于RC等效电路原理的液膜电特性测量部件结构设计。电容器由两个相互靠近的导体中间夹杂一层不导电的绝缘介质构成，而液膜具有比相邻电解质溶液高数个量级的电阻，因此，两个正负电极及电极之间分离电解质溶液的液膜所构成的局部系统便可近似看作为一个电容。
同时，将水平玻璃毛细孔板24置于一个充满电解液的电解池32中，且在玻璃毛细孔板上每个成膜微孔的上、下方分别布置一套正对的正、负电极，利用电极、电解池组件自身具有的电阻和电容、各微孔成膜的电阻和电容、所有连接导线33与电缆的电阻，加之与电极相连的可调频电源18，便可对应于各微孔布置电极构建内置电阻-电容的RC等效电路。
此外，在此RC等效电路的闭合回路连接中，针对玻璃毛细孔板不同微孔对应的正负极之间采用并联形式，通过导线33将位于玻璃毛细孔板微孔正上方的5个正电极21均连接独立开关34后接至电源正极，而5个负电极22置于玻璃毛细孔板下方的透明水平滑轨23中，用导线连接至电源负极，利用导线牵引带动负电极22在电解池水平透明滑道中横向滑移，形成滑动机构以调控玻璃毛细孔板中5个微孔与下方负电极的横向相对位置。于是，电解池32中可调频电源18、电解液、水平玻璃毛细孔板微孔处的液膜及其上、下方的正负电极可构建RC等效电路，待通过压力平衡技术形成的液膜稳定后，适时接接通电路开关，数据处理系统便可根据电信号采集系统收集的信息，测量水平玻璃毛细孔板成膜阻抗，从而获得液膜的电特性。
由此完成基于RC等效电路原理的液膜电特性测量部件结构设计。
(四)液膜厚度与结构演变测量及可视化单元结构设计。基于显微干涉原理，由汞光灯37提供强光源，光线经反射镜片38对生成的液膜进行照射，且反射镜片38安置于滑块47顶端，通过滑块47与底部设有水平滑轨的支架46相连，滑块47可在支架46上横向移动，以实现针对不同槽孔36及其对应水平玻璃毛细孔板成膜位置的多点照射，而后，经液膜折射的光线再通过滑块上的镜片产生反射，反射光的强度用高灵敏度的光电二极管39进行测量，并由图形记录器40保存，基于反射光强度和液膜厚度的关联，便可计算液膜的厚度，在获得液膜厚度后基于Stephan-Reynolds关系，便进一步计算液膜的薄化速率。
针对液膜干涉反射光强度和液膜厚度及液膜薄化速率的关联，在利用显微干涉法测量液膜厚度时，可以认为液膜边界是两个平行的数学平面，当某(些)组分分子吸附聚集于这两个面上时，分别产生表面张力，这两个表面张力间的距离即可被定义为液膜厚度，在获得了其所反射可见光的强度时，可根据反射光强度和液膜厚度的关联式确定液膜厚度：
式中，为液膜等效厚度，nm；λ为光的波长，nm；n为分散相的折光率；N为相关于分散相折光率和连续相折射率的参数；I和Imax分别为对应于某一液膜厚度或干涉最大时的反射光强度。
继而，考虑黏度性质的液膜薄化速率基于Stephan-Reynolds关系确定：
式中，h为液膜厚度，nm；t为时间，s；r为液膜半径，μm；ΔP为毛细管压力，Pa；μ为体系体相黏度，mPa·s。
与此同时，反射光也会被显微成像系统收集，显微成像系统主要由摄像机高速相机41、图像采集系统42和液膜成像显示器43构成，从而可实时可视化再现液膜的结构状态，以及液膜排液、薄化等结构演变行为。
由此完成液膜厚度与结构演变测量及可视化单元结构设计。
这种相间界/表面成膜可视化及液膜特性测量装置具体如下：
结合图1-图4所示，这种相间界/表面成膜可视化及液膜特性测量装置中，配有流量计10的油相容器 5、水相容器 6、碱剂溶液容器 7、表面活性剂溶液容器8和聚合物溶液容器9通过并行管路连接至乳化/起泡罐1，以实现不同剂量配比的多元组分混合注入，在乳化/起泡罐1内将连接有搅拌电机4的内同心搅拌筒2与外同心搅拌筒3利用滚动轴承进行同轴装配，并在乳化/起泡罐1的左侧中间高度处设有斜向上倾角为45°的钢制外接测试接口11，连通乳化/起泡罐1内部溶液与外界环境，管路末端受阀门控制的水平取样口12位于外接测试接口11下方10cm，同时，气源13自乳化/起泡罐1底端左侧采用钢制管路接入，乳化/起泡罐1顶端向右管路连接受温度传感器15监测的循环控温水浴14，热水从流入管路进入乳化/起泡罐1的管壁空腔，与乳化/起泡罐1内乳化与起泡体系充分热交换后，从乳化/起泡罐1底端右侧的流出管路返回至循环控温水浴14中，由此构成多元组分乳化与起泡体系生成单元，且外接测试接口11与水平取样口12分别提供了实时与取样测量多元组分乳化与起泡体系物性参数的样本条件。在测量时，根据多元组分条件需求，打开相应的油相容器5、水相容器6、碱剂溶液容器 7、表面活性剂溶液容器 8、聚合物溶液容器9及气源13的阀门，利用流量计10按测量需求比例调控乳化/起泡罐1中原料气、液的泵入量，原料气、液泵入完毕后，打开循环控温水浴14的开关，并设置温度，待温度恒定后，打开搅拌电机4的开关，在30～1300r/min范围内设置转速，从而带动内同心搅拌筒2和外同心搅拌筒3旋转，使原料气、液在乳化/起泡罐1内充分混合，形成多元组分相间乳化体系、多元组分相间起泡体系或多元组分相间乳化-起泡体系。由此实现多元组分乳化与起泡体系的生成。同时，在多元组分相间乳化与起泡体系制备完成后，通过外接测试接口11，根据测试需求插入聚焦光束反射测量仪(FBRM)和粒子视频显微镜(PVM)的探头，实时同步追踪乳化、起泡体系分散相颗粒及液滴的粒径、数量及形貌结构的变化，另外，通过水平取样口12也可以实现对多元组分乳化与起泡体系物性参数的取样，以满足非同步的相关测试，当无需测试时则分别以死堵和阀门封控。
乳化/起泡罐1右侧连接有微量注射泵16并形成两路并联管路，微量注射泵16出口处下向支线管路中又有5条相同管路并联，其中单一支线管路自下向支线管路依此连通微流道控制阀28、供液管20、垂直玻璃微流道隔板26内置的垂直微流道27和带有微孔25的水平玻璃毛细孔板24，通过与水平玻璃毛细孔板24右侧连接的带有压力传感器17的玻璃毛细管31和微量注射泵16出口处右向支线构成流通回路，从而形成多元组分乳化与起泡体系闭合流道，进而构成多元组分乳化与起泡体系相间界/表面成膜单元。在测量时，打开微流道控制阀28，设置微量注射泵16的流量，并打开其开关，使制备完成的多元组分相间乳化与起泡体系从乳化/起泡罐1沿管路吸入微量注射泵16，而后从微量注射泵16出口流出，再通过供液管20、垂直玻璃微流道隔板26及其内置的垂直微流道27到达水平玻璃毛细孔板24的微孔25处，同时，启动压力调控器29并根据压力传感器17的读数，调控玻璃毛细管31内的毛细压力，待多元组分相间乳化与起泡体系流动稳定和玻璃毛细管31内毛细压力平衡后，水平玻璃毛细孔板24的微孔25处就会基于液膜压力平衡原理而形成液膜。另外，通过调控微量注射泵16的流量，以及利用压力调控器29调控玻璃毛细管31内的毛细压力，可实现液膜成膜厚度的调节。由此实现多元组分乳化与起泡体系相间界/表面膜的形成。
垂直玻璃微流道隔板26与水平玻璃毛细孔板24采用一体化设计，且相邻垂直玻璃微流道隔板26之间形成的隔板单元空间完全独立密封，将此一体化的垂直玻璃微流道隔板26与水平玻璃毛细孔板24放置于透明的电解池32中，利用导线33依次连接正电极 21、独立开关 34、可调频电源 18、负电极22，并将电解液注入独立密封的隔板单元和电解池32中，促使正电极21与负电极22之间具有电容特性的液膜发生电荷运移，构成RC等效电路的闭合回路，则通过导线33将电信号采集器19一边连接数据处理系统45、一边连接可调频电源18，由此构成基于RC等效电路原理的液膜电特性测量部件结构，电解池32放置于装有温度计30的控温绝缘槽35内部以调控成膜及液膜特性测试的温度条件。在测量时，待多元组分乳化与起泡体系流动稳定和玻璃毛细管31内毛细压力平衡后，水平玻璃毛细孔板24的微孔25处将形成稳定液膜。此时，选择任意单一微孔25与其相邻的两个垂直玻璃微流道隔板26之间组成单隔板单元，检查确认正电极21、负电极22分别与微孔25上、下中心正对后，在此单隔板单元内，以及水平玻璃毛细孔板24与电解池32之间的环空中同时加入电解液，直至单隔板单元内电解液液面高度浸没正电极21时，停止单隔板单元内电解液的加入，当水平玻璃毛细孔板24与电解池32之间的环空中电解液液面高度和单隔板单元内电解液液面高度齐平后，停止水平玻璃毛细孔板24与电解池32之间环空中电解液的加入，此时，首先断开所有独立开关33，然后依次开启数据处理系统45、电信号采集器19，在数据处理系统45中调控可调频电源18电压为0V，并开启数据处理系统45的电流电压记录模式，进而开启可调频电源18，将加入电解液的单隔板单元对应的独立开关闭合，其余独立开关保持断开状态，待每次电压稳定后增加可调频电源18电压500V直至微孔25处液膜发生高压击穿，提取数据处理系统45中电压与电流变化特征，以获取基于RC等效电路原理的单隔板单元液膜电特性测量结果。同理，通过同时在多个隔板单元中加入电解液，且闭合相应的独立开关33，相同于单隔板单元膜电特性测量的操作，即可获取基于RC等效电路原理的多隔板单元液膜电特性测量结果。
在控温绝缘槽35底端与水平玻璃毛细孔板24的微孔25下方正对位置钻有槽孔36，位于控温绝缘槽35下侧的反射镜片38安置于滑块47顶端，采用滑块47与底部设有水平滑轨的支架46相连，在支架46右侧的汞光灯37发射具有一定强度的光束通过反射镜片38折射至目镜44，并被光电二极管39将光信号转化为电信号输送至图形记录器 40，通过导线33连接至数据处理系统 45，同时，光信号还被高速相机41记录、存储至图像采集系统42，在液膜成像显示器43中实时呈现可视化的液膜与结构演变，以此构建液膜厚度与结构演变测量及可视化单元。另外，在水平玻璃毛细孔板24底部下表面设有横向透明水平滑轨23，通过数据处理系统45控制牵引的导线33调控负电极22与水平玻璃毛细孔板24之间的横向相对位置，能够避免在液膜厚度与结构演变测量过程中负电极22遮挡形成的液膜。在测量时，待玻璃多元组分乳化与起泡体系流动稳定和毛细管内毛细压力平衡后，水平玻璃毛细孔板24的微孔25处将形成稳定液膜。预先将带有反射镜片38的滑块47移动至控温绝缘槽35的槽孔36下方，依次开启汞光灯 37、高速相机 41、图形记录器 40、图像采集系统 42、液膜成像显示器43，根据液膜成像显示器43的液膜图像对高速相机41进行调焦，获取清晰图像后，对滑块47在支架46的水平滑轨上移动微调，确保液膜图像处于液膜成像显示器43的中央，当负电极22遮挡液膜结构时，通过数据处理系统45控制牵引的导线33调控负电极22与水平玻璃毛细孔板24之间的横向相对位置，将液膜结构完整呈现于液膜成像显示器43，从而在数据处理系统45中获取对应液膜厚度的反射光强度，同时在液膜成像显示器43中得到液膜结构可视化图像，此外，通过调控微量注射泵16的流量，以及利用压力调控器19调控玻璃毛细管31内的毛细压力，便使液膜结构薄化演变过程实时呈现于液膜成像显示器43。
参阅图3，它提供了垂直玻璃微流道隔板26与水平玻璃毛细孔板24中垂直微流道27与水平微流道48的结构示意图，如图所示，垂直玻璃微流道隔板26中的垂直微流道27的中心位于垂直玻璃微流道隔板26横截面的几何中心处，自上而下贯穿垂直玻璃微流道隔板26上、下表面，水平玻璃毛细孔板24中水平微流道48纵向高度位于水平玻璃毛细孔板24中心处，横向轴线与水平玻璃毛细孔板24中间横截面的中线相重合，水平微流道48一侧向上对齐连接垂直玻璃微流道隔板26内置的垂直微流道 27，另一侧向上连接玻璃毛细管 31，且在水平微流道48的正上方，等间距分布5个自上而下贯穿水平玻璃毛细孔板24上、下表面的微孔25，考虑到离子电荷具有选择电阻最小的方向进行移动的特性，在每对相邻微孔25间设有垂直玻璃微流道隔板26确保隔板单元空间密封，避免离子电荷经垂直玻璃微流道隔板26与电解池32缝隙中的电解液直接移动而形成的电流、电压误差，从而提高液膜电特性测量的稳定性与准确性，同时，设计有孔径范围为500～1500μm的一系列水平玻璃毛细孔板24，有效拓宽相间界/表面成膜及液膜特性测量过程中液膜的几何级规格。
图4是本发明中RC等效电路中负电极布置的示意图，它提供了负电极22滑动机构的示意图，水平玻璃毛细孔板24下方连接有两块前后正对的透明玻璃竖挂板49，通过透明玻璃竖挂板49的棱角处设置四脚支架52与电解池32底面相连接，将水平玻璃毛细孔板24下底面与电解池32底端相隔3cm以放置负电极22，在透明玻璃竖挂板49中距离下底面1cm处设有横向的透明水平滑轨23，从玻璃保护套53进入的导线33串联水平排列5个负电极22，且在负电极22的前后两侧安装有矩形滑块50与透明玻璃竖挂板49内部的透明水平滑轨23嵌入相连，在透明水平滑轨23处针对每个负电极22设有左右两块定位板51，兼顾负电极22具有一定横移滑动能力的同时，保证通过导线33向右牵引负电极22能精确定位至微孔25中心，以及向左牵引时负电极22能够完全撤出微孔25与槽孔36的相对区域，进而为液膜结构的光学成像提供清晰、无遮挡的光路条件，提高液膜结构演变可视化测量的稳定性与有效性。在测量过程中，当负电极22给微孔25处形成的液膜产生遮挡时，通过牵引玻璃保护套53外部的导线33，使负电极22的矩形滑块50在透明玻璃竖挂板49的透明水平滑轨23中滑动，直至矩形滑块50移动到定位板51处，由数据处理系统45控制停止牵引导线33，即可消除负电极22对微孔25与槽孔36之间的光路遮挡，进而实现液膜电特性及液膜厚度与其结构演变的一体化测量。
本发明中搅拌电机的数量为2个，搅拌电机功率60W，转速30～1300r/min，通过机械传动设计能够实现同轴共转分别驱动两个同心圆筒，并且能够各自调控转数来模拟剪切强度大小的变化。
本发明中外接测试接口入口与水平方向呈45°角设计，能够插入聚焦光束反射测量仪(FBRM)和粒子视频显微镜(PVM)的探头，实时追踪乳化、起泡体系分散相颗粒及液滴的粒径、数量及形貌结构的变化。
本发明中电解液采用1.0～1.5％的氯化钠(NaCl)溶液；水平玻璃毛细孔板垂直贯通的微孔孔径系列为500～1500μm，不同水平玻璃毛细孔板微孔孔径间隔为100μm，微流道直径300μm；正、负电极头分别与水平玻璃毛细孔板上、下表面距离2～5mm，水平玻璃毛细孔板上下表面间距5mm。
本发明中可调频电源交流电输入电压为220V，输出电压为0～6000V连续可调。
本发明中微量注射泵注射多元组分乳化与起泡体系的流量为0.001μL-1μL/min。
本发明解决的是在油田采出液相间乳化与起泡作用形成的界/表面膜对采出液稳定性影响揭示与失稳工艺技术开发中，对界/表面成膜行为可视化描述，以及对成膜厚度、成膜电特性等液膜特性测量的难题，尤其是无法定量表征采出液中存在潜在化学剂组分及其性质变化对液膜特性影响的问题。
Claims (9)
1.一种相间界/表面成膜可视化及液膜特性测量装置，其特征在于：这种相间界/表面成膜可视化及液膜特性测量装置包括多个并联的多元组分容器、气源、乳化/起泡罐、多元组分乳化与起泡体系相间成膜结构、液膜电特性测量部件结构、液膜厚度与结构演变测量及可视化单元结构，多个并联的多元组分容器及气源分别通过管线连接乳化/起泡罐，多元组分乳化与起泡体系相间成膜结构包括电解池、并联管路、玻璃毛细管，电解池设置于控温绝缘槽内，控温绝缘槽底设置多个槽孔，乳化/起泡罐连接微量注射泵，微量注射泵一方面连接并联管路，微量注射泵另一方面连接玻璃毛细管，微量注射泵连接玻璃毛细管的管线上设置压力传感器、压力调控器，玻璃毛细管液膜电特性测量部件结构设置于电解池内，液膜厚度与结构演变测量及可视化单元结构包括汞光灯、反射镜片、显微成像系统，光线经反射镜片对多元组分乳化与起泡体系相间成膜结构生成的液膜进行照射，且反射镜片安置于滑块顶端，滑块与支架滑动连接，滑块在支架上横向移动，实现针对不同槽孔及其对应水平玻璃毛细孔板成膜位置的多点照射，经液膜折射的光线再通过滑块上的反射镜片产生反射，反射光的强度由光电二极管进行测量，并由图形记录器保存，基于反射光强度和液膜厚度的关联，计算液膜的厚度和液膜的薄化速率；
所述乳化/起泡罐内设置搅拌剪切装置，乳化/起泡罐壁设置水浴夹层，水浴夹层连接循环控温水浴，罐体还开设取样口和外接测试接口；搅拌剪切装置由两个同心搅拌圆筒和搅拌电机构成，两个同心搅拌圆筒分别为内同心搅拌筒和外同心搅拌筒；内同心搅拌筒筒壁布置网孔定子头，其在旋转过程中使罐体内油、气、水相间充分混合，加速多元组分的相间乳化与起泡；外同心搅拌筒的上下底面设有平行流道，用于罐体内部流体循环流动。
2.根据权利要求1所述的相间界/表面成膜可视化及液膜特性测量装置，其特征在于：所述多个并联的多元组分容器包括油相容器、水相容器、碱剂溶液容器、表面活性剂溶液容器、聚合物溶液容器，每个容器出口设置流量计。
3.根据权利要求2所述的相间界/表面成膜可视化及液膜特性测量装置，其特征在于：所述多元组分乳化与起泡体系相间成膜结构是由一体化的水平玻璃毛细孔板与多个垂直玻璃微流道隔板组成，垂直玻璃微流道隔板竖直固定于水平玻璃毛细孔板，垂直玻璃微流道隔板的中心设有上下贯穿的垂直微流道，水平玻璃毛细孔板内设有并行、水平流向的水平微流道，且在每条水平微流道的中央处设有垂直贯通的微孔，垂直玻璃毛细管与水平玻璃毛细管通过垂直微流道与水平微流道入口对接相连，制备完成的乳化与起泡体系通过微量注射泵依次经过供液管、垂直玻璃微流道隔板的垂直微流道、水平玻璃毛细孔板的水平微流道，形成并联管路注入至水平玻璃毛细孔板的微孔区域；
并联管路汇聚至水平微流道，水平微流道末端出口处连接有垂直放置的玻璃毛细管，玻璃毛细管内的液面高度通过压力调控器调节，当乳化与起泡体系通过微流道流经至玻璃毛细孔板上的微孔时，形成双凹型相间界/表面，由于界/表面球面曲率半径会引起毛细压力，进而产生压力梯度促使液体从膜中排出，破坏液膜稳定性，根据液膜压力平衡原理中相间界/表面平衡时的毛细压力有：
式中，τ为液膜稳定后的相间界表面张力，N/m；R为水平玻璃毛细孔板内微孔半径，m；r为双凹型的界表面曲率半径，m；
通过压力调控器调节玻璃毛细管内的液面高度，控制相间界表面成膜时的毛细压力，使多元组分乳化与起泡体系相间界/表面成膜单元利用液膜压力平衡原理形成液膜、稳定液膜和薄化液膜。
4.根据权利要求3所述的相间界/表面成膜可视化及液膜特性测量装置，其特征在于：所述液膜电特性测量部件结构是基于RC等效电路原理设计的，电容器由两个相互靠近的导体中间夹杂一层不导电的绝缘介质构成，液膜具有比相邻电解质溶液高数个量级的电阻，两个正负电极及电极之间分离电解质溶液的液膜为一个电容；
水平玻璃毛细孔板位于充满电解液的电解池中，在水平玻璃毛细孔板上每个成膜微孔的上、下方分别布置一套正对的正电极、负电极，利用电极、电解池组件自身具有的电阻和电容、各微孔成膜的电阻和电容、所有连接导线与电缆的电阻，各正电极、各负电极均与可调频电源相连，实现对应于各微孔布置电极构建内置电阻-电容的RC等效电路。
5.根据权利要求4所述的相间界/表面成膜可视化及液膜特性测量装置，其特征在于：所述玻璃毛细孔板不同微孔对应的各对正电极和负电极之间并联连接，通过导线将位于玻璃毛细孔板微孔正上方的5个正电极均连接独立开关后接至电源正极，5个负电极置于玻璃毛细孔板下方的水平透明滑轨中，用导线连接至电源负极，利用导线牵引带动负电极在电解池水平透明滑道中横向滑移，形成滑动机构以调控玻璃毛细孔板中5个微孔与下方负电极的横向相对位置，使电解池中可调频电源、电解液、水平玻璃毛细孔板微孔处的液膜及其上、下方的正负电极构建成RC等效电路，待液膜稳定后，数据处理系统根据电信号采集系统收集的信息，测量水平玻璃毛细孔板成膜阻抗，获得液膜的电特性。
6.根据权利要求5所述的相间界/表面成膜可视化及液膜特性测量装置，其特征在于：所述液膜厚度与结构演变测量及可视化单元结构将液膜干涉反射光强度和液膜厚度及液膜薄化速率相关联，在利用显微干涉法测量液膜厚度时，液膜边界是两个平行的数学平面，当某组分分子或某些组分分子吸附聚集于这两个数学平面上时，分别产生表面张力，这两个表面张力间的距离定义为液膜厚度，在获得其所反射可见光的强度时，根据反射光强度和液膜厚度的关联式确定液膜厚度：
式中，为液膜等效厚度，nm；λ为光的波长，nm；n为分散相的折光率；N为相关于分散相折光率和连续相折射率的参数；I和Imax分别为对应于某一液膜厚度或干涉最大时的反射光强度；
考虑黏度性质的液膜薄化速率基于Stephan-Reynolds关系确定：
式中，h为液膜厚度，nm；t为时间，s；r为液膜半径，μm；ΔP为毛细管压力，Pa；μ为体系体相黏度，mPa·s；
与此同时，反射光被显微成像系统收集，显微成像系统包括高速相机、图像采集系统和液膜成像显示器，实时可视化再现液膜的结构状态，以及液膜排液、薄化结构演变行为。
7.根据权利要求6所述的相间界/表面成膜可视化及液膜特性测量装置，其特征在于：所述搅拌电机的数量为2个，搅拌电机功率60W，转速30～1300r/min，通过机械传动机构实现同轴共转分别驱动两个同心圆筒，并且能够各自调控转数来模拟剪切强度大小的变化。
8.根据权利要求7所述的相间界/表面成膜可视化及液膜特性测量装置，其特征在于：所述外接测试接口与水平方向呈45°角设计，其中插入聚焦光束反射测量仪和粒子视频显微镜的探头，实时追踪乳化、起泡体系分散相颗粒及液滴的粒径、数量及形貌结构的变化。
9.根据权利要求8所述的相间界/表面成膜可视化及液膜特性测量装置，其特征在于：所述电解液采用1.0～1.5％的氯化钠溶液；水平玻璃毛细孔板垂直贯通的微孔孔径为500～1500μm，相邻两个微孔间隔为100μm，水平微流道直径300μm；正电极头、负电极头分别与水平玻璃毛细孔板上、下表面距离2～5mm，水平玻璃毛细孔板上下表面间距5mm；可调频电源交流电输入电压为220V，输出电压为0～6000V连续可调；微量注射泵注射多元组分乳化与起泡体系的流量为0.001μL-1μL/min。
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Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103837562A (zh) * | 2012-11-24 | 2014-06-04 | 唐静 | 起泡剂性能受温度影响的测试方法 |
| CN103837651A (zh) * | 2012-11-24 | 2014-06-04 | 唐静 | 用于测试起泡剂性能的测试方法 |
| CN105865979A (zh) * | 2016-03-30 | 2016-08-17 | 南京邮电大学 | 一种测量微液滴电湿效应的装置与方法 |
| CA2968623A1 (en) * | 2016-06-22 | 2017-12-22 | Guoxing Gu | A multifunctional apparatus for measuring induction time, surface and interfacial properties |
| CN113624643A (zh) * | 2021-08-24 | 2021-11-09 | 北京建筑大学 | 变倾角板式降膜吸收过程可视化装置及方法 |
| CN114449982A (zh) * | 2019-08-08 | 2022-05-06 | 塞诺根有限责任公司 | 用于压力波眼科治疗的系统、方法和装置 |
| CN115494313A (zh) * | 2022-09-20 | 2022-12-20 | 东北石油大学 | 确定乳化-起泡体系多组分共吸附界/表面电荷分布方法 |
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Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103837562A (zh) * | 2012-11-24 | 2014-06-04 | 唐静 | 起泡剂性能受温度影响的测试方法 |
| CN103837651A (zh) * | 2012-11-24 | 2014-06-04 | 唐静 | 用于测试起泡剂性能的测试方法 |
| CN105865979A (zh) * | 2016-03-30 | 2016-08-17 | 南京邮电大学 | 一种测量微液滴电湿效应的装置与方法 |
| CA2968623A1 (en) * | 2016-06-22 | 2017-12-22 | Guoxing Gu | A multifunctional apparatus for measuring induction time, surface and interfacial properties |
| CN114449982A (zh) * | 2019-08-08 | 2022-05-06 | 塞诺根有限责任公司 | 用于压力波眼科治疗的系统、方法和装置 |
| CN113624643A (zh) * | 2021-08-24 | 2021-11-09 | 北京建筑大学 | 变倾角板式降膜吸收过程可视化装置及方法 |
| CN115494313A (zh) * | 2022-09-20 | 2022-12-20 | 东北石油大学 | 确定乳化-起泡体系多组分共吸附界/表面电荷分布方法 |
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