原油中通常含有大量的离散水滴，这些水滴可能导致催化剂中毒、工艺设备腐蚀和运输成本的增加。因此，在进一步处理之前，必须将水滴去除到0.3%以下。目前，已经有一些可以实现油水分离的技术，包括pH调节，重力或离心沉降，添加化学破乳剂，膜过滤分离和电聚结。由于电脱水相对清洁、快速、以及高效的等性能，在原油脱水中得到了广泛的应用。然而，对于直流、交流和脉冲直流电场三种常见电场作用下液滴的合并动力学及其机理尚未得到很好的研究。

基于上述问题，华北电力大学工程热物理研究中心何鑫作为第一作者，王晓东教授作为通讯作者，在化学领域的国际期刊Journal of Molecular Liquids上发表了不同类型外加电场下两个带电的纳米液滴的电合并，论文题目为“Electrocoalescence of two charged nanodroplets under different types of external electric fields”。通过MD模拟了不同类型电场作用下纳米液滴的电合并过程。并研究了交流电场和脉冲直流电场的电场周期对临界电场强度的影响。

【论文概述】

直流电场作用下的凝聚动力学研究表明，连续电场力使液滴加速，导致了液滴的变形更为明显。交直流电场和脉冲直流电场作用下的电合并行为相似，在交流电场作用下改变电场方向或在脉冲直流电场的脉冲间隔内，液滴会发生从椭球到球形的回缩。由于直流和交流电场作用下液滴的迁移速度较高，因此直流和交流电场作用下的接触时间比脉冲直流电场作用下的接触时间要短得多。存在着一个临界场强，超过该场强后，电合并过程往往伴随着二次液滴的形成。直流电场和交流电场具有相同的临界场强，但均低于脉冲直流电场。在脉冲直流电场作用下，临界场强随脉冲周期的增大而显著减小，而在交流电场作用下，临界场强随脉冲周期的增大而不变。因此，短周期脉冲直流电场可以有效抑制二次液滴的形成。在长的电场周期限制下，脉冲直流电场作用下的临界场强与交流电场作用下的临界场强近似相等; 相反，在短周期内，脉冲直流电场作用下的临界均方根场强接近于交流电场作用下的临界均方根场强。

（初始模拟的示意图）

(a)电场强度为E=0.5 V nm-1的恒定直流电场的波形; (b)两个带电纳米液滴在直流电场作用下电合并的快照;

(a)电场强度为E=0.5 V nm-1，周期为160 ps的交流电场波形; (b)交流电场作用下两个带电纳米液滴电合并的快照;

(a)电场强度为E=0.5 V nm-1、周期为160 ps、脉冲持续时间为80 ps的脉冲直流电场波形; (b)两个带电纳米液滴在脉冲直流电场下电聚结的快照。

基金资助:国家自然科学基金重点项目(No. 51936004);国家自然科学基金创新研究群体科学基金项目(No. 51821004);中央高校基本科研业务费专项资金(No. 2020MS063)。

撰稿人：何鑫