在石油化工领域,通过外加高强电场促进油中水滴发生聚并行为,实现稳定乳状液的破乳。但若电场强度过大,致使油水界面失稳,水滴将会破裂成细小水滴。水滴发生聚并或破裂行为主要受电场参数和油水物性的影响。本文采用显微实验与理论分析相结合的方法对直流电场作用下油中水滴的破裂形式及其动力学机理进行了研究,对完善静电聚并理论和工业应用具有重要意义。主要研究内容和结论如下:对直流电场作用下油中水滴的破裂演变过程进行了研究。水滴破裂的临界电毛细数约为0.2,水滴的破裂过程包含三个阶段:拉伸过程、颈缩过程和破碎过程。依据水滴破裂的典型特征不同,拉伸过程可分为圆锥状、椭球状和圆柱状三种变形形式,破碎过程可分为锥角喷射、耳垂&锥角喷射和液丝破裂三种破碎形式。对电毛细数、粘度比、电导率比和表面活性剂浓度对水滴破裂特征的影响进行了研究。在实验范围内,发现了四种典型破裂形式:圆锥-锥角破裂、椭球-耳垂&锥角破裂、椭球-液丝破裂和圆柱-液丝破裂。通过绘制破裂形式相图发现,影响水滴破裂特征的主要因素为电毛细数和表面活性剂浓度。在此基础上,分析得到破裂形式与电毛细数、表面活性剂浓度的关联规律。研究了不同破裂形式下拉伸速度、拉伸时间等动态响应参数的演变规律。在不同破裂形式下,水滴长轴端点处的拉伸速度不同,从高到低依次为:圆柱-液丝破裂,椭球-液丝破裂,椭球-耳垂&锥角破裂和圆锥-锥角破裂。水滴的拉伸时间主要受电毛细数和表面活性剂浓度的影响。在实验范围内,水滴的最小拉伸时间约为10 ms,可依据该时间设计抑制水滴破裂的脉冲电场。基于应力-应变理论阐释了直流电场下水滴破裂的动力学机理。利用弹性模量k对水滴的破裂形式进行划分,当k<300 N/m~2时,为圆锥-锥角破裂;当300 N/m~2<k<1500 N/m~2且Ca<0.35时,为椭球-耳垂&锥角破裂;当300 N/m~2<k<1500 N/m~2且Ca>0.35时,为椭球-液丝破裂;当k>1500 N/m~2时,为圆柱-液丝破裂。