基本介紹
- 中文名：顆粒間液橋
- 外文名：Intermolecular bridge
- 決定：天然氣水合物顆粒聚集與否
- 研究：天然氣水合物顆粒聚集過程
- 包括：靜態液橋力和動態黏性力
- 因素：Ｒ、Ｓ、φ、θ、ｄＳ／ｄｔ、μ
顆粒間液橋的概述,天然氣水合物顆粒間液橋力的特性,天然氣水合物顆粒間液橋力的影響因素,
顆粒間液橋的概述
天然氣水合物聚集堵塞管道已經成為天然氣管輸的一大難題。從顆粒微觀受力角度研究天然氣水合物顆粒的聚集，提出天然氣水合物的防治措施，為天然氣水合物漿技術提供理論支持。
天然氣水合物顆粒呈強親水性，顆粒間產生液橋，液橋力是決定天然氣水合物顆粒聚集與否的主導力。因此，對天然氣水合物顆粒間的液橋力進行研究，對明確天然氣水合物顆粒聚集過程是非常必要的。很多學者已經對普通固體顆粒間的液橋力進行了研究，但是都未結合天然氣水合物特有的性質將其拓展到天然氣水合物輸送領域。
天然氣水合物顆粒間的液橋力由兩部分組成：靜態液橋力和動態黏性力。靜態液橋力的求解方法比較多：一是基於Laplace－Young的精確數值求解法；二是Fisher提出的近似求解理論法，該方法涉及計算面積的選取，取液橋頸部為計算面積的Gorge方法最為常用，計算誤差小於10%。Chan等人推導了動態黏性力計算公式，Matthewson對其進行了修正。Ennis等人提出了用無量綱毛細數來衡量動態黏性力和靜態液橋力的相對大小，把靜態液橋力和動態黏性力直接加和作為總液橋力，計算值與實際值誤差不超過5%。液橋體積是研究液橋力的一個重要參數，液橋臨界破裂距離（Smax）和液橋破裂能（W）也是研究液橋力的兩個重要參數，Lian等人建立了液橋臨界破裂距離和液橋體積的簡單關係，Simons利用力—位移積分得到了近似的液橋破裂能，計算誤差小於14%，並得到了普通顆粒液橋破裂能和液橋體積之間的關係式，這對於液橋力的研究是非常重要的。本文的研究都是針對等徑天然氣水合物顆粒，對於天然氣水合物顆粒不等徑的情況需進行簡單的Derjaguin近似處理，用調和平徑作為有效顆粒粒徑代替等顆粒粒徑（R）即可。
在此給出計算涉及的物性和流動參數：油水界面張力（γ）為0．035N/m，天然氣水合物生成過程中天然氣水合物顆粒的粒徑分布與初始乳狀液中水滴的粒徑分布相同，一般為幾十到幾百微米，液橋流體的黏度（μ）取0．001 8Pa·s。
天然氣水合物顆粒間液橋力的特性
天然氣水合物顆粒間的液橋力是毛細管差壓、表面張力和黏性力共同作用的結果，其中毛細管差壓和表面張力僅與液橋的幾何形狀和顆粒的潤濕特性有關，被稱為靜態液橋力（Fcap）；黏性力是顆粒相對運動引起的，被稱為動態液橋力（Fvis）。
天然氣水合物顆粒有如下特性：①天然氣水合物顆粒粒徑恆定的情況下，靜態液橋力隨顆粒表面間距的增大而減小，直到某一恆定值；②總液橋力隨顆粒表面間距的增大而迅速衰減，直到近似等於靜態液橋力，也就是說在顆粒表面間距增大過程中動態黏性力迅速衰減，在顆粒表面間距非常小時就接近零；③隨著天然氣水合物顆粒粒徑增大，無論是靜態液橋力還是動態黏性力都會增加，可以推斷若天然氣水合物顆粒在管道中發生聚集導致顆粒粒徑增大，就極易導致管道堵塞。
天然氣水合物顆粒間液橋力的影響因素
天然氣水合物顆粒間的液橋力與R、S、φ、θ、dS/dt、μ有關，研究液橋力隨這些因素的變化關係。顆粒粒逕取100Μm。
①接觸角和顆粒表面間距不變的條件下，當半填充角較小時，總液橋力隨半填充角增加而增大；而當半填充角較大時，總液橋力隨半填充角增加而減小。②半填充角和顆粒表面間距保持不變的條件下，當顆粒接觸時，總液橋力隨接觸角增加而減小；而當顆粒間存在一定距離時，若半填充角小於30°，隨著接觸角的增大，總液橋力先增大後減小，若半填充角大於30°，總液橋力隨接觸角增大而減小，總液橋力在接觸角為0°處達到最大值。③在接觸角和半填充角較大時，總液橋力比較小，甚至為負值，這時即使是沒有外部力的作用，天然氣水合物顆粒也不會聚集在一起，且已經聚集的天然氣水合物顆粒也可能分離。④接觸角、半填充角和顆粒粒徑不變時，顆粒表面間距越大，總液橋力越小，而且顆粒表面間距為0時的總液橋力明顯比顆粒表面間距較大時的總液橋力大很多，這是由於動態黏性力在顆粒表面間距很小時起主導作用的結果。
