接觸時間

接觸時間：兩個組分發生化學反應，或是反應物通過催化劑的作用而發生反應，原則上它們間必須通過接觸，反應才能夠發生，接觸的時間愈長，反應的轉化率愈高。但實際上接觸時間的概念只有理論上的意義，接觸時間是無法測量的，故在工程上都採用反應物在反應器中的停留時間或是平均停留時間代替接觸時間。一般的接觸時間是指平均停留時間。

基本介紹

• 中文名：接觸時間
• 外文名：contact time
• 一般指：平均停留時間
• 發生條件：相互有接觸
• 接觸時間：無法測量

船－橋碰撞接觸時間的船撞力簡化計算方法

通過數值模擬初步分析了不同噸位船舶撞擊代表性橋樑工程的接觸時間，根據船－橋碰撞動力學模型得出了船撞力和接觸時間的理論解；分析了船舶質量、初始撞擊速度、船艏剛度以及橋墩剛度等參數對碰撞接觸時間的影響，擬合出碰撞接觸時間的簡化計算公式，並通過實際船－橋碰撞工程的數值模擬對簡化計算公式進行了驗證，從而修正了中國《公路橋涵設計通用規範》中關於漂浮物撞擊橋樑的碰撞接觸時間的定義；基於衝量定理分析了船－橋碰撞接觸時間與峰值船撞力的關係，研究了船撞力時程曲線與正弦波和三角波的關係，並與數值模擬 結果進行了對比分析，建立了峰值船撞力簡化計算公式。

船－橋碰撞衝擊動力學模型

船－橋碰撞動力學模型得出船撞力和接觸時間的理論解，繼而分析各相關參數對碰撞接觸時間的影響規律，擬合碰撞接觸時間的簡化計算公式。船－橋碰撞作用的時間相對較短，在整個碰撞過程中碰撞回響難以完全有效地傳遞到整個橋樑結構中，因此將船撞橋墩模型進行簡化處理。船－橋碰撞簡化力學模型中，M為上部結構等效集中質量，h為撞擊位置處的高度，l為橋墩總高度，n為橋墩沿高度方向的分段數，k₁為水平向平動彈簧的彈性約束剛度，k₂為豎向平動彈簧的彈性約束剛度，k₃為抗轉動彈簧的彈性約束剛度，k_B為船艏接觸剛度，m_B為船舶等效質量，v_B0為船舶初始速度）。

橋墩上部約束採用等效質量處理，下部採用2個平動彈簧和1個轉動彈簧等效基礎的約束，船舶與橋墩結構通過非線性彈簧耦合在一起。計算分析時選取線性剛度，而具有非線性剛度特性的船艏與橋墩碰撞動力特性作為後續研究開展。橋墩自耦合點（撞擊點）分為2個梁單元。每個橋墩梁單元均考慮彎曲變形、剪下變形以及轉動慣量的作用，基於分布質量的彈性體理論，建立橋墩梁單元的偏微分運動方程。

結合簡化模型的邊界條件以及撞擊點處的連續條件和撞擊條件，可求解出船－橋碰撞力等未知量。因運動方程較複雜，直接求解比較困難，故通過對運動方程進行積分變換求得其頻域內的解，再進行數值反演，轉換到時域內。

碰撞接觸時間與船－橋接觸剛度的關係

船－橋接觸剛度kB與船－橋碰撞接觸時間t之間的關係為，其中速度為4m·s－1，質量為200t。碰 撞接觸時間t隨著船－橋接觸剛度的增大而縮短；峰值撞擊力隨著船－橋接觸剛度的增大而增大。可知船－橋碰撞接觸時間t與船－橋接觸剛度的倒數1/kB算術平方根之間的關係。以及船－橋碰撞接觸時間t隨著1/kB算術平方根的增大而增大，基本上呈線性增長關係。

碰撞接觸時間與初始撞擊速度的關係

船－橋碰撞接觸時間t與船舶 初 始撞擊速度v之間的關係為，其中船舶質量 m=200t，船舶接觸剛度k_B=5MN·m^－1。碰撞接觸時間t與船舶初始速度之間不存在相關關係，僅改變船舶初始速度，碰撞接觸時 間t基本不變；峰值撞擊力隨著船舶初始速度的增大而增大，且增幅近似呈線性增長關係。

複合體系與原油接觸時間對界面張力的影響

由於鹼與表面活性劑的協同效應，可使油 /水界面張力降到超低狀態，因此，三元複合驅成為提高採收率領域的研究熱點。然而，大多數人將實驗研究的重點放在鹼濃度、離子強度、活性劑結構等因素對油水界面張力的影響方面，而沒有注意到在實際驅油過程中，是驅替液與原油長期接觸反應的動態過程。針對這一問題，通過系統的實驗工作，驗證了原油與活性劑接觸時間對複合體系界面張力的重要影響，同時分析了低鹼濃度下界面張力的特性，這些工作為明確鹼在複合驅中的作用、合理選擇三元複合體系配方提供了重要依據。

短時間接觸原油時複合體系的界面張力特性

在驅替液與原油的接觸初期 (60min內 )，不同鹼濃度下的油水動態界面張力變化曲線，在不同的NaOH濃度下動態界面張力基本都是隨著時間先減小後增大，最終達到一個平衡值 ；只有在NaOH濃度為 1.0%wt和1.2%wt時，動態界面張力達到了超低，並且NaOH濃度 較高時 (1.2%wt)，體系達到最低和平衡界面張力的所需時間要少於NaOH濃度較低時 (1.0%wt)，這與前人大量的研究結果是相符合的。

1992年Naser-El-Din和Taylor研究發現，對鹼 /活性劑 /原油體系加入NaCl可以使到達最低界面張力的時間縮短，第一次提到了離子強度對動態界面張力會產生影響。

以往鹼的大量加入主要起到了兩方面的作用 ：①與原油中的活性物質發生反應生成自身的活性劑，協助外來的表面活性劑降低界面張力，這一點上需求的鹼量很少。 ②多餘的鹼量主要是起到增強離子強度的作用，在一定離子強度作用下，活性劑會以更好的形態在油水界面排列和吸附，從而降低界面張力。

只需加入少量的鹼讓其發揮第一種作用，而加入NaCl來起到第二種作用，但是要適量，因為過量的Na⁺將導致HABS的水溶性下降，油溶性增加，從而使其親水親油平衡偏離最佳狀態，故油水界面張力值反而不能達到超低。

長時間接觸原油時複合體系的動態界面張力

在實際油藏條件下，作為驅替液的複合體系與原油之間的界面張力特性往往與室內實驗的結果不盡相同，這是因為接觸時間及油藏中的壓力 、溫度等因素都會對界面張力的特性產生影響，尤其是隨著時間的推移，驅替液與原油之間界面張力將會如何變化，變化的幅度有多大，對於這些問題一直沒有系統的研究報導。針對這一問題，提出了接觸時間的概念，並設計相關實驗對其進行研究。

接觸時間是指在油藏壓力和溫度下，驅替液與原油相互接觸的時間。由於壓力對界面張力的影響較小，故在此不予考慮。將大慶原油 (5μl)擠入事先充滿 NaCl1.5%/NaOH0.3%/HABS0.2%複合體系的玻璃管 (Φ5)中，保證油滴與複合體系充分接觸，然後將玻璃管放置在45℃的恆溫箱中，經過一段時間後取出測定體系的動態界面張力值。

由於原油中的活性物質與鹼發生反應，生成原油自身的表面活性劑，這種活性劑劑量很小，但是能夠很好地輔助複合體系中外加的表面活性劑，即幫助其吸附在油水界面，從而達到降低界面張力的作用，但是隨著接觸時間的延長，原油中的活性物質不斷的與鹼發生反應並最終耗盡，同時這種原油自身生成的表面活性劑也在不斷地向周圍溶液擴散，最終在油水界面以一個最小值達到動態吸附平衡，正是這種由油 /水界面向周圍溶液的不斷擴散，才使得界面張力最低值不斷上升。反過來也證實了原油中的活性物質的確對降低界面張力起到關鍵作用，但其作用可能不是人們當初認為的那種決定性作用。鹼與原油中活性物質反應，就地生成新的活性劑，能夠很好地輔助人工表面活性劑降低界面張力，這種情況也可以通過添加與其性能相近的助劑而達到同樣效果加以驗證。