电脱水器中水滴在与油水界面发生聚结时,界面膜首先破裂,然后形成液桥。当电场强度较高时,液桥断裂,形成子液滴,导致分离效率降低。同时,纳米驱油采出液中,纳米颗粒容易吸附至油水界面形成一层致密坚固的粘弹性膜,使得乳状液滴的聚结动力学过程更加复杂。因此,探明含纳米颗粒液滴-界面电聚结机理,对完善液滴-界面聚结理论和推动电脱水技术发展具有重要意义。基于上述背景,本文采用理论分析与高速显微实验相结合的方法,综合考虑电场形式、液滴粒径、初始高度、纳米颗粒等因素,研究下落液滴在油水界面的电聚结行为,包括聚结前液滴的变形与运移、聚结过程中液滴形态演化以及不同聚结模式间转换规律,明确了不同因素的影响规律,揭示了电场作用下纳米颗粒、油相、水相间的相互作用机理,得到了促进液滴聚结的参数条件。本文主要研究内容和结论如下:对下落液滴动力学行为进行微观实验研究,通过提取液滴变形度、中心位移以及下落时间等特征参数,明确了不同因素的影响规律及机理。直流电场作用下,大粒径液滴在高强电场中变形更大,且下落速度更快,而增加液滴初始高度会增大液滴最终变形度。纳米颗粒吸附至油水界面导致界面张力降低,有利于液滴变形,但界面颗粒膜的形成却有抑制作用。通过对下落液滴进行受力分析,并结合牛顿第二定律,建立了直流电场中液滴在下落过程中位移的数学表达式。交变电场作用下,液滴的变形和位移受到电场波形的影响,会呈现不同的振荡形式,且液滴的位移滞后于变形。提高电场频率能够增加液滴振荡频率,减小液滴振荡幅度,同时延长液滴下落时间。对聚结过程中液滴形态演化规律进行探索,通过提取液桥宽度、液滴高度等特征参数,明确了不同因素的影响规律及机理。演化过程可分为水平方向液桥的扩张与收缩和垂直方向液滴的塌陷。水平方向上,增大电场强度能够显著抑制液桥最大扩张宽度,同时延长液桥收缩时间,而增大液滴粒径能够延长液桥扩张和收缩所需时间。此外,增加液滴初始高度抑制液桥扩张宽度,而增加纳米颗粒浓度阻碍液桥的收缩过程。垂直方向上,增大电场强度、液滴粒径以及初始高度均能阻碍液滴的垂直塌陷,但增加纳米颗粒浓度促进该过程。纳米颗粒在聚结中随流体喷射进入下方液池,喷射前端逐渐发展形成环形结构,速度变慢。相比于正弦交流和方波电场,脉冲直流电场中液滴的垂直塌陷最迅速,而电场频率的提高能够导致液滴表面所受的电致拉伸作用不充分,进一步促进垂直塌陷过程。利用数值方法模拟了液滴-界面聚结过程,证明聚结液滴的形态演化受毛细压力梯度驱动,并受外部因素的影响。液滴在聚结后,将呈现出部分聚结和完全聚结两种模式,其中部分聚结模式伴有细小的子液滴形成。实验结果表明,大粒径液滴在高强电场中更易发生部分聚结形成大的子液滴,而液滴初始高度越高,接触界面时变形度越大、速度越快,更容易破裂。考虑液滴下落速度影响,修正了无量纲准则数WO,能够描述下落液滴聚结体系中子液滴的形成。对于含纳米颗粒体系,油水界面张力的改变和界面颗粒膜之间的竞争作用是决定聚结结果的主要原因,而液相电导率的增加不是抑制子液滴形成的关键。此外,对于实验中的三种交变电场,脉冲直流电场被发现最能抑制部分聚结,并且在实验范围内,频率越高其抑制效果越好。