潘 澄 趙會(huì)軍 于鵬飛 鄒偉東 李渝海

(1.常州大學(xué)石油工程學(xué)院 2.江蘇省油氣儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 3. 常州大學(xué)機(jī)械與軌道交通學(xué)院)

0 引 言

隨著我國(guó)部分油田開采進(jìn)入中后期，含油污水的處理量和處理難度不斷增加，經(jīng)濟(jì)高效地處理含油污水不僅能節(jié)省投資，而且還有利于環(huán)境保護(hù)[1-5]，進(jìn)而保證油田可持續(xù)發(fā)展。

物理方法處理含油污水具有設(shè)備簡(jiǎn)單以及操作方便等優(yōu)點(diǎn)，在油田得到了廣泛使用，其中波紋板聚結(jié)分離器因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、分離效率高和能耗低等優(yōu)點(diǎn)而受到市場(chǎng)的關(guān)注。國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)聚結(jié)板的優(yōu)化研究也不斷深入：陳文征等[6]通過(guò)改性試驗(yàn)研究了親油或親水的、表面粗糙化的板材對(duì)油水分離的影響；M.G.HAJRA等[7]通過(guò)試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，在玻璃纖維中添加聚合物納米纖維可以提高油滴的聚結(jié)能力；張鵬飛等[8]通過(guò)表面改性的方式使聚結(jié)板同時(shí)具有親油親水的特性來(lái)提高油水分離效率；喜冠南等[9]通過(guò)正交試驗(yàn)對(duì)聚結(jié)板組的間距和角度進(jìn)行了優(yōu)化研究；ZHANG Z.H.等[10]通過(guò)試驗(yàn)制備了具有超疏水和超親油特性的不銹鋼網(wǎng)，研究了新材料的油水分離能力和自清潔能力；Y.C.YUNG等[11]通過(guò)研究三相界面中水滴和油的潤(rùn)濕行為，建立了一種預(yù)測(cè)水中油滴接觸角的模型；GUO W.等[12]通過(guò)酸蝕具有超疏水和超疏油的銅網(wǎng)，研究了在毛細(xì)作用和范德華力作用下，銅網(wǎng)轉(zhuǎn)變?yōu)槌H油和超疏水性的現(xiàn)象。

近年來(lái)，計(jì)算機(jī)對(duì)多相流以及材料性質(zhì)的模擬理論逐漸成熟：呂宇玲等[13]通過(guò)數(shù)值模擬研究了不同入口構(gòu)件、整流構(gòu)件和聚結(jié)構(gòu)件的油水分離特性；張家源等[14]采用群體平衡方程對(duì)不同回轉(zhuǎn)形狀的螺旋管進(jìn)行了分離效率的研究；劉義剛等[15]通過(guò)模擬與試驗(yàn)結(jié)合的方法研究了重構(gòu)油滴粒徑旋流器的油水分離特性。但以上研究主要集中在聚結(jié)板形狀、尺寸和板間距等方面，而相關(guān)試驗(yàn)研究[6]顯示，板材的表面潤(rùn)濕性會(huì)對(duì)多相流油水分離效果產(chǎn)生影響，目前較少有學(xué)者通過(guò)數(shù)值模擬研究聚結(jié)板材料表面潤(rùn)濕性對(duì)油水分離效果的影響。因此，在本研究中，筆者采用Fluent軟件對(duì)聚結(jié)板板間流域內(nèi)的油水流動(dòng)及分離進(jìn)行數(shù)值模擬，通過(guò)接觸角表征潤(rùn)濕性，研究材料表面潤(rùn)濕性對(duì)分離效果的影響，并篩選主要影響因素，重點(diǎn)研究了入口流速、油滴粒徑和表面潤(rùn)濕性對(duì)聚結(jié)板分離的影響規(guī)律；在此基礎(chǔ)上，對(duì)上述影響因素進(jìn)行正交試驗(yàn)，以期為聚結(jié)板優(yōu)化設(shè)計(jì)提供參考。

1 模型建立及網(wǎng)格劃分

1.1 物理模型

對(duì)倒V字波紋板進(jìn)行模擬，將聚結(jié)板板間流域作為研究對(duì)象，在Solidworks軟件中構(gòu)建倒V字波紋板板間流域模型。圖1為聚結(jié)板板間流域物理模型。圖1中紅點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，x方向?yàn)榱黧w前進(jìn)方向，y方向?yàn)樨Q直方向，z方向?yàn)樗酱怪庇诹黧w流動(dòng)方向。流域模型長(zhǎng)0.603 m，翼長(zhǎng)0.110 m，板間夾角90°，板間距0.015 m，波長(zhǎng)0.067 m，振幅0.024 m。

圖1 板間流域物理模型Fig.1 Physical model of inter-board watershed

1.2 網(wǎng)格劃分

采用六面體網(wǎng)格對(duì)模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分。圖2給出了不同網(wǎng)格數(shù)量時(shí)出口最高油相體積分?jǐn)?shù)。由圖2可知，隨著網(wǎng)格數(shù)量的增加，出口最高油相體積分?jǐn)?shù)逐漸增大，當(dāng)網(wǎng)格數(shù)量大于88萬(wàn)時(shí)，出口上層油相體積分?jǐn)?shù)的變化趨于平緩。綜合考慮計(jì)算結(jié)果精度和計(jì)算資源消耗，本研究中采用聚結(jié)板流域網(wǎng)格數(shù)為88萬(wàn)。聚結(jié)板板間流域網(wǎng)格模型如圖3所示。

圖2 不同網(wǎng)格數(shù)量時(shí)出口最高油相體積分?jǐn)?shù)Fig.2 Highest volume fraction of outlet oil phase with different mesh numbers

圖3 聚結(jié)板板間流域網(wǎng)格模型Fig.3 Grid model of watershed between coalescing plates

2 數(shù)學(xué)模型及計(jì)算方法

2.1 數(shù)學(xué)模型

油水混合物在聚結(jié)板流域的流動(dòng)屬于帶有分離的混合流自由流動(dòng)，流動(dòng)過(guò)程會(huì)受流域形狀的影響，容易形成渦流[16]，因此本研究中多相流模型選用Mixture模型。此模型可在得到精確結(jié)果的同時(shí)減少計(jì)算量，并對(duì)沉降等流動(dòng)能夠較好地支持[17-18]，適用于模擬簡(jiǎn)單流域的油水分離。湍流模型選用Realizablek-ε模型。聚結(jié)板板間流域控制方程包括連續(xù)性方程、動(dòng)量方程和湍流方程[19-20]。

連續(xù)性方程：

(1)

式中：ρ為混合流體密度，kg/m3；t為時(shí)間，s；v1為混合流體速度向量場(chǎng)，m/s。

(2)

X方向動(dòng)量方程：

(3)

Y方向動(dòng)量方程：

(4)

Z方向動(dòng)量方程：

(5)

式中：p為壓力，Pa；u、v、w為混合流體速度在x、y、z方向的分量，m/s；τij為作用在垂直于i軸平面上的j方向的應(yīng)力，Pa；fx、fy、fz為體積力在x、y、z方向的分量，m/s2，如果體積力只有重力，且垂直方向?yàn)閦軸，則fx=fy=0，fz=-g。

湍流方程：

(6)

(7)

式中：k為湍流動(dòng)能，J；ε為湍流耗散率；μ為流體動(dòng)力黏度，Pa·s；Gk為平均速度梯度產(chǎn)生的湍動(dòng)能，J；Gb為浮力產(chǎn)生的湍流動(dòng)能，J；YM為可壓縮湍流中脈動(dòng)膨脹對(duì)總耗散率的貢獻(xiàn)；σk和σε為湍流普朗特?cái)?shù)；C1、C2和C1ε為常數(shù)。

2.2 數(shù)值計(jì)算方法及邊界條件

模擬采用非穩(wěn)態(tài)模型，時(shí)間步長(zhǎng)設(shè)為0.1 s。采用有限體積數(shù)值算法，壓力速度耦合求解選用Coupled算法，壓力差值選用PRESTO格式，空間離散格式均采用二階迎風(fēng)離散格式。

在模擬過(guò)程中，聚結(jié)板板間流域?yàn)橛退畠上嗔?，進(jìn)口油相的體積分?jǐn)?shù)為15%，水為連續(xù)相，密度為1 000 kg/m3，動(dòng)力黏度為0.001 Pas；柴油為分散相，密度為835 kg/m3，動(dòng)力黏度為0.048 Pas。油滴粒徑范圍為10～100 μm。聚結(jié)板入口為速度入口，油水兩相流入口的流速為0.005～0.500 m/s；聚結(jié)板出口為自由出流；聚結(jié)板上下壁面接觸角分別為0°、45°、90°、135°和180°。

3 計(jì)算結(jié)果與分析

根據(jù)上述計(jì)算條件，對(duì)圖4所示的倒V字波紋板聚結(jié)流域進(jìn)行模擬。由圖4可以看出，倒V字波紋板共有8個(gè)完整波峰，隨著混合液流經(jīng)聚結(jié)板，流域可明顯分為3層：下層水層、中層油水混合層和上層油層，模擬中認(rèn)為油相體積分?jǐn)?shù)1%～90%時(shí)為油水混合層。隨著混合液流過(guò)聚結(jié)板，水層厚度逐漸增加、油水混合層厚度逐漸減小，油相更集中于流域上部油層，靠近出口的第8個(gè)波峰(X=0.536 m)分離效果最好。因此，根據(jù)X=0.536 m時(shí)上壁面油相體積分?jǐn)?shù)的變化研究入口流速、油滴粒徑以及表面潤(rùn)濕性對(duì)聚結(jié)板油水分離效果的影響。

圖4 聚結(jié)流域坐標(biāo)軸與截面位置示意圖Fig.4 Schematic diagram of coordinate axis and cross-sectional position of coalescence basin

3.1 入口流速對(duì)油水分離的影響

入口流速不僅決定了分離器單位時(shí)間內(nèi)的處理量，而且對(duì)聚結(jié)板的分離效率也有很大的影響，因此有必要研究入口流速對(duì)聚結(jié)板油水分離效果的影響。

針對(duì)粒徑為20和100 μm的油滴，研究入口流速為0.005、0.010、0.050、0.100和0.500 m/s時(shí)，聚結(jié)板流域第8個(gè)波峰橫截面(X=0.536 m)沿上壁面的油相體積分?jǐn)?shù)的變化規(guī)律，并繪制成隨豎直方向(Y方向)變化的曲線，如圖5所示。

圖5 不同入口流速下流域第8個(gè)波峰橫截面沿上壁面的油相體積分?jǐn)?shù)Fig.5 Variation of oil phase volume fraction along the upper wall of the cross section of the 8th wave crest in the basin at different inlet flow rates

由圖5可知，入口流速改變對(duì)不同油滴粒徑油水混合物的影響規(guī)律不同，具體如下。

(1)對(duì)于較小的油滴粒徑(20 μm)，流速小于等于0.010 m/s時(shí)，油相體積分?jǐn)?shù)隨Y的升高而緩慢上升，并在接近頂部時(shí)急劇上升；流速小于等于0.100 m/s時(shí)，油相體積分?jǐn)?shù)隨Y的升高先小幅增加后趨于平緩，并在接近頂部時(shí)急劇上升；當(dāng)流速為0.500 m/s時(shí)，聚結(jié)板的油水分離作用幾乎消失。

(2)對(duì)于較大的油滴粒徑(100 μm)，流速小于等于0.010 m/s時(shí)，油相體積分?jǐn)?shù)隨Y的升高呈現(xiàn)3個(gè)階段：維持平緩、急劇上升、趨于穩(wěn)定；流速為0.050 m/s時(shí)，油相體積分?jǐn)?shù)隨Y的升高而平穩(wěn)上升；流速為0.100 m/s時(shí)，油相體積分?jǐn)?shù)隨Y的升高先緩慢上升后急劇上升；當(dāng)流速為0.500 m/s時(shí)，聚結(jié)板的油水分離作用幾乎消失。

(3)流速的改變對(duì)大油滴的影響較大。隨著入口流速的增加，混合液經(jīng)過(guò)聚結(jié)板后在出口上層(Y=0 m)的含油體積分?jǐn)?shù)逐漸下降、在出口下層(Y=-0.08 m)的含油體積分?jǐn)?shù)逐漸上升。

由以上結(jié)果可知，流速為0.005 m/s時(shí)油水分離效果最好，油滴粒徑20 μm時(shí)油相體積分?jǐn)?shù)最高為53.9%，油滴粒徑100 μm時(shí)油相體積分?jǐn)?shù)最高為99.4%。這是因?yàn)楫?dāng)流速過(guò)大時(shí)，小油滴在聚結(jié)區(qū)域沒(méi)有足夠的停留時(shí)間，以致油滴與油滴、油滴與聚結(jié)板之間的碰撞概率減小，在油滴尚未聚結(jié)分離時(shí)便隨流體流出。

3.2 油滴粒徑對(duì)油水分離的影響

由于分散的油在水中的粒徑不同，所以把油分為浮油(大于10-4m)、分散油(10-6～10-4m)、乳化油(10-8～10-6m)和溶解油(小于10-8m)[16]。因?yàn)槟壳案唣こ碛偷拈_采會(huì)造成原油的乳化[21]，不利于油水分離，所以研究乳化油在油水分離中的影響規(guī)律可以進(jìn)一步提高油水分離效率。

針對(duì)粒徑在10 ～100 μm范圍內(nèi)的油滴，研究粒徑不同時(shí)聚結(jié)板油水分離效率的變化規(guī)律，導(dǎo)出聚結(jié)板流域第8個(gè)波峰橫截面(X=0.536 m)沿上壁面的油相體積分?jǐn)?shù)，并繪制成隨豎直方向(Y方向)變化的曲線，結(jié)果如圖6所示。由圖6可知：

圖6 聚結(jié)板流域第8個(gè)波峰橫截面沿上 壁面油相體積分?jǐn)?shù)(上、下壁面接觸角0°)Fig.6 Oil phase volume fraction along the upper wall of the cross section of the 8th wave crest in the coalescing plate basin (upper and lower wall contact angle 0°)

(1)油滴粒徑為10 μm時(shí)，第8個(gè)波峰上層(Y=0 m)油相體積分?jǐn)?shù)為23.7%，下層(Y=-0.08 m)油相體積分?jǐn)?shù)為14.9%。隨著油滴粒徑的增大，從20 μm開始第8個(gè)波峰處上層(Y=0 m)油相體積分?jǐn)?shù)急劇增大，在40 μm時(shí)進(jìn)入緩慢增大階段，到100 μm時(shí)達(dá)到最大，為99.4%，此時(shí)下層(Y=-0.08 m)油相體積分?jǐn)?shù)為0.03%。

(2)隨著油滴粒徑的增大，油相體積分?jǐn)?shù)增大的拐點(diǎn)也會(huì)提前，油水混合層的厚度隨之減小，這意味著油相能夠更早地集中在流域的上部，有利于分散油滴碰撞聚結(jié)。

劉洪河[22]和楊帆等[23]的研究結(jié)果表明：基于“淺池原理”和斯托克斯公式，油滴的臨界沉降速度與油滴粒徑的平方成正比；隨著油滴粒徑的增大，油滴上浮的速度隨之加快；當(dāng)油滴不斷上浮聚集在流域上方，其碰撞聚結(jié)的概率逐漸增大，小油滴易于形成相對(duì)較大的油滴，從而實(shí)現(xiàn)油水分離。這也驗(yàn)證了模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性——聚結(jié)板的有效分離粒徑大于20 μm。

3.3 接觸角對(duì)小油滴聚結(jié)的影響

表面潤(rùn)濕性是材料的重要特性之一，對(duì)于油滴潤(rùn)濕聚結(jié)有相當(dāng)大的影響[6]。Fluent模擬中通過(guò)接觸角表征潤(rùn)濕性，接觸角小于90°為親油，大于90°為疏油，90°為既不親油也不疏油，在Fluent中等效于無(wú)壁黏附效應(yīng)。

圖7為聚結(jié)板流域上、下壁面接觸角分別為0°、90°和180°，油滴粒徑為20 μm，入口流速為0.005 m/s時(shí)的XY截面(Z=0 m)油相體積分?jǐn)?shù)分布云圖。從圖7可知：在油滴粒徑為20 μm時(shí)，表面親油的聚結(jié)板比表面疏油的聚結(jié)板具有更好的油水分離效果；上、下壁面接觸角均為0°時(shí)，流域上層油相體積分?jǐn)?shù)為61%；上、下壁面接觸角均為180°時(shí)，流域上層油相體積分?jǐn)?shù)為31%。

進(jìn)一步研究聚結(jié)板流域上、下壁面接觸角為0°、180°，另一壁面接觸角從0°到180°間隔45°變化時(shí)，接觸角對(duì)油水分離效果的影響，導(dǎo)出模型第8個(gè)波峰橫截面(X=0.536 m)沿上壁面的油相體積分?jǐn)?shù)，將結(jié)果繪制成隨豎直方向(Y方向)變化的曲線，如圖8所示。

圖7 XY截面(Z=0 m)聚結(jié)板流域油相體積分?jǐn)?shù)分布云圖Fig.7 Oil phase distribution cloud map of coalescing plate watershed in XY section (Z=0 m)

圖8 聚結(jié)板流域第8個(gè)波峰橫截面沿上壁面油相體積分?jǐn)?shù)變化圖(油滴粒徑20 μm)Fig.8 Variation of oil phase volume fraction along the upper wall of the cross section of the 8th wave crest in the coalescing plate basin (oil droplet size 20 μm)

從圖8可知：

(1)橫向?qū)Ρ葧r(shí)，上壁面接觸角親油時(shí)的油水分離效果遠(yuǎn)好于疏油時(shí)的分離效果，其中，親油的最高油相體積分?jǐn)?shù)為60.06%，疏油的最高油相體積分?jǐn)?shù)為31.49%；下壁面接觸角親油與疏油的分離效果相差不大，其中，親油的最高油相體積分?jǐn)?shù)為63.84%，疏油的最高油相體積分?jǐn)?shù)為54.4%。

(2)縱向?qū)Ρ葧r(shí)，當(dāng)上壁面接觸角不變，改變下壁面的接觸角，油水分離效果受下壁面接觸角變化的影響不大，上壁面為親油(0°)時(shí)，下壁面親油(0°)的效果最好；上壁面為疏油(180°)時(shí)，下壁面疏油(180°)的效果最好；當(dāng)下壁面接觸角不變，改變上壁面的接觸角，油水分離效果則受上壁面接觸角變化的影響較大，下壁面為親油(0°)時(shí)，上壁面親油(45°)的效果最好；下壁面為疏油(180°)時(shí)，上壁面親油(45°)的效果最好。

綜上所述，油水分離效率主要受聚結(jié)板流域上壁面表面性質(zhì)的影響。油滴聚結(jié)主要分為2種形式：潤(rùn)濕聚結(jié)和碰撞聚結(jié)。從材料的表面性質(zhì)來(lái)看，潤(rùn)濕聚結(jié)主要發(fā)生在親油材料表面，碰撞聚結(jié)則發(fā)生在疏油材料表面。對(duì)比黃衛(wèi)星等[24]的試驗(yàn)結(jié)果，小油滴在油滴層表面先通過(guò)親油材料的黏附性相互靠攏，再通過(guò)碰撞聚結(jié)形成大油滴離開聚結(jié)板，這一過(guò)程既包含了潤(rùn)濕聚結(jié)，又包含了碰撞聚結(jié)，因此上壁面親油相比疏油具有更好的分離效果；下壁面接觸角對(duì)分離效率的影響則受到重力作用的影響，因?yàn)樾∮偷卧谒懈×Υ笥谥亓?，在流域中逐漸上浮，與下壁面的接觸較少，因此下壁面的表面性質(zhì)對(duì)油水分離效率的影響也較小。由此可以認(rèn)為，潤(rùn)濕聚結(jié)作用的場(chǎng)所主要發(fā)生在流域的上壁面(聚結(jié)板下表面)。

3.4 接觸角對(duì)大油滴聚結(jié)的影響

進(jìn)一步研究接觸角以及油滴粒徑間的相互影響。油滴粒徑為100 μm時(shí)，聚結(jié)板流域上、下壁面接觸角為0°和180°，另一壁面接觸角從0°到180°間隔45°變化，導(dǎo)出模型第8個(gè)波峰橫截面(X=0.536 m)沿上壁面的油相體積分?jǐn)?shù)，將結(jié)果繪制成隨豎直方向(Y方向)變化的曲線，如圖9所示。

圖9 聚結(jié)板流域第8個(gè)波峰橫截面沿上壁面油相體積分?jǐn)?shù)變化圖(油滴粒徑100 μm)Fig.9 Variation of oil phase volume fraction along the upper wall of the cross section of the 8th wave crest in the coalescing plate basin (oil droplet size 100 μm)

從圖9可知：當(dāng)油滴粒徑增大到100 μm時(shí)，聚結(jié)板的分離效率達(dá)到了99%以上；當(dāng)下壁面接觸角不變而減小上壁面接觸角時(shí)，油水混合層的厚度隨之減小，這同樣說(shuō)明表面親油能夠更快地分離油水混合液。

由圖8和圖9對(duì)比可知：

(1)油滴粒徑不同時(shí)，改變接觸角對(duì)油水分離的影響規(guī)律相同，即上壁面(聚結(jié)板下表面)親油有利于分離效率的提升。

(2)油滴粒徑小的混合液比油滴粒徑大的混合液所受接觸角的影響更大，粒徑20 μm時(shí)不同接觸角變化導(dǎo)致第8個(gè)波峰處上層(Y=0 m)油相體積分?jǐn)?shù)最大相差34.83%，而粒徑100 μm時(shí)不同接觸角變化導(dǎo)致上層(Y=0 m)油相體積分?jǐn)?shù)最大僅差1.23%。

這是因?yàn)榇罅降挠偷伪旧矸蛛x效率較高，改變接觸角并不能對(duì)分離效率有質(zhì)的提升，小粒徑的油滴本身分離效率低，因此聚結(jié)過(guò)程中改變接觸角加入潤(rùn)濕聚結(jié)的作用，能夠有效提升分離效率。

4 三因素正交試驗(yàn)方差分析

模擬結(jié)果顯示，入口流速、油滴粒徑以及聚結(jié)板壁面接觸角這3個(gè)因素對(duì)油水分離效率有不同程度的影響，因此將流域第8個(gè)波峰(X=0.536 m)處上層油相體積分?jǐn)?shù)作為依據(jù)，采用L9(34)正交試驗(yàn)進(jìn)行研究并且進(jìn)行方差分析，進(jìn)一步探究入口流速、油滴粒徑和接觸角(上壁面)對(duì)油水分離效率的影響程度。表1為正交試驗(yàn)的因素與水平值。表2為試驗(yàn)方案及結(jié)果分析。表3為方差分析結(jié)果。

正交試驗(yàn)通過(guò)安排多因素試驗(yàn)來(lái)尋求最優(yōu)水平組合，而方差分析則通過(guò)將數(shù)據(jù)的變異分割為因素和誤差(空列)兩部分來(lái)計(jì)算F值。做F檢驗(yàn)，可以判斷因素作用的顯著性。表中數(shù)據(jù)通過(guò)以下方程所得：

(8)

(9)

(10)

(11)

式中：Sj為列偏差平方和，T為試驗(yàn)數(shù)據(jù)和，n為試驗(yàn)總次數(shù)，m為因素的水平數(shù)，fj為因素自由度，Vj為方差，Vys為因素的方差，Vwc為誤差的方差。

表1 因素水平Table 1 Factor level

表2 試驗(yàn)方案及結(jié)果分析Table 2 Test plan and result analysis

表3 方差分析結(jié)果Table 3 Variance analysis results

由表3可知，入口流速與油滴粒徑對(duì)油水分離效率的影響顯著。各因素對(duì)油水分離效率影響的主次順序?yàn)椋喝肟诹魉?油滴粒徑>接觸角。根據(jù)表3的F值，三因素的最優(yōu)組合為入口流速0.005 m/s、油滴粒徑100 μm、接觸角180°。根據(jù)之前的模擬結(jié)果，親油比疏油具有更高的分離效率，因此推薦最優(yōu)組合為入口流速0.005 m/s、油滴粒徑100 μm、接觸角0°，此時(shí)流域上層油相體積分?jǐn)?shù)為99.4%。

5 結(jié) 論

(1)隨著入口流速的增加，聚結(jié)板的分離效率逐漸下降。當(dāng)流速大于等于0.5 m/s時(shí)，聚結(jié)板對(duì)大小油滴均不再有分離效果；當(dāng)流速為0.005 m/s時(shí)，分離效果最佳，粒徑20 μm的油滴分離效率為53.9%，粒徑100 μm的油滴分離效率為99.4%。

(2)通過(guò)對(duì)油滴粒徑的分析，倒V字波紋板的有效分離粒徑大于20 μm。油滴粒徑越大，油相含油體積分?jǐn)?shù)和水相含水體積分?jǐn)?shù)都隨之增大，油水混合層的厚度隨之減小。

(3)潤(rùn)濕聚結(jié)作用的場(chǎng)所主要發(fā)生在流域的上壁面(聚結(jié)板下表面)。當(dāng)油滴粒徑為20 μm時(shí)，固定聚結(jié)板流域上壁面的接觸角同時(shí)降低下壁面的接觸角，最終油相體積分?jǐn)?shù)提升均不超過(guò)8.6%；固定聚結(jié)板流域下壁面的接觸角同時(shí)降低上壁面的接觸角，最終油相體積分?jǐn)?shù)提升均超過(guò)了22.9%。

(4)通過(guò)對(duì)比大小油滴粒徑在改變接觸角時(shí)的變化，發(fā)現(xiàn)聚結(jié)板表面接觸角變化對(duì)小油滴的影響比大油滴大。當(dāng)油滴粒徑為20 μm時(shí)，接觸角變化導(dǎo)致油相體積分?jǐn)?shù)最大相差34.83%；當(dāng)油滴粒徑為100 μm時(shí)，接觸角變化導(dǎo)致油相體積分?jǐn)?shù)最大相差1.23%。

(5)正交試驗(yàn)的方差分析結(jié)果表明，入口流速對(duì)分離效果的影響最大，油滴粒徑次之，接觸角對(duì)分離效果的影響最小。在所考慮的參數(shù)中，最優(yōu)參數(shù)組合為入口流速0.005 m/s、油滴粒徑100 μm、接觸角0°。