油水乳状液是十分复杂的液液分散体系,其稳定性主要取决于油水界面膜强度。超声波破乳主要是利用超声波的机械振动和热作用,强化油中水滴的碰撞与聚并,从而加速油水两相分离。然而现有关于超声聚结机理的研究很少,尚未形成系统的理论体系。本文通过微观研究与宏观实验相结合的方法对超声波作用下液滴的运动与聚并特性进行研究,研究了超声场参数及油水物性参数对液滴运动聚并特性及乳状液脱水效果的影响规律。主要得到以下结论:超声波显著影响水滴的运动轨迹、速度以及振荡幅度和频率,水滴做类正弦振荡运动。随超声波声强的增加,水滴振荡幅度先增加后减小,存在使油中水滴振荡最为剧烈的声强,即临界声强,该实验工况下的临界声强为4.89W·cm-2。随超声波频率的增大,水滴振荡减弱,超声波对水滴作用的最佳频率为20kHz。粒径为200-400μm的水滴振荡运动最为剧烈,振幅大,频率高。粒径大于此范围时,水滴所受粘滞阻力增大,振幅减小;粒径小于此范围时,油水界面滑移速度减小,水滴运动的振荡频率减小。油水界面张力对水滴振荡频率影响很小,当表面活性剂含量达到临界胶束浓度400ppm时,水滴振荡频率减小,振荡减弱。随油品粘度的减小,水滴振荡幅度和振荡频率增大。超声波作用下油水界面被周期性拉伸和压缩,水滴呈周期性变形,其变化周期和振荡周期一致。声强、超声频率、水滴粒径、油品粘度、界面张力显著影响水滴的变形:随声强的增大以及超声频率、水滴粒径、油品粘度、界面张力的减小,水滴最大变形度增加。超声波的机械振动作用削减了油水界面膜强度,加速液膜排液,从而促进水滴的聚并。水滴在聚并前做类正弦振荡运动,在声强4.89W·cm-2、频率20kHz、表面活性剂含量70ppm的实验条件下,粒径200-400μm的水滴振荡剧烈,聚并效果最好。水滴聚并过程的振荡频率和聚并时间受声强、超声频率、水滴粒径、油品粘度、界面张力的影响显著:随声强的增大,水滴聚并时间减小;随超声频率的增大,水滴聚并时间增大;随水滴粒径、油品粘度的减小,水滴振荡频率增大,聚并时间减小;随界面张力的减小,水滴振荡频率先增大后减小,聚并时间先减小后增大。超声波的热作用使乳状液经超声波作用一段时间后,温度会显著升高。乳状液温度随声强、超声作用时间的增加而升高。在同一声强下,随超声作用时间的增加,乳状液脱水率先增大后减小;声强越大,达到该声强下最大脱水率所需的作用时间越短。短时间超声波作用下,随声强的增大,乳状液脱水率逐渐增大;较长时间超声波作用下,随声强的增大,乳状液脱水率先增大后减小。超声作用时间越长,达到该作用时间下最大脱水率所需的声强越小。随含水率的增加,经超声波作用后乳状液的平均粒径减小,小粒径水滴所占百分比增大,超声波破乳脱水率下降。随超声波频率的增大,最优破乳声强和作用时间减小,乳状液脱水率减小;随油品粘度的减小,乳状液脱水率增大;随界面张力的减小,乳状液脱水率先增大后减小。