假设作用在水滴上的惯性力按a=40 m/s2（最大加速度）进行计算，得出水滴分离的临界尺寸为1 250μm；在正弦振动中，加速度大于a/2的时间占整个周期的2/3，若按a=20 m/s2计算，临界直径为1 620μm。

水滴脱离纤维后主要受重力、浮力和曳力的作用，水滴不被柴油带到下游需要满足Fd<Fg-Fb条件。可以得出最小水滴直径为173μm，即大于该直径的水滴都会因为重力的作用沉降。虽然振动能使水滴提前从纤维上分离，理论计算结果得出水滴从纤维上分离的临界直径远大于水滴的悬浮直径。可能的原因是滤纸下游的部分纤维一端并未固定，振动使水滴沿Y轴运动提前脱离纤维，导致油水分离效率略有降低。

较高的振动频率对油水分离效率几乎没有影响，原因是惯性力Fi是时间t的函数，在水滴与纤维的分离过程中，惯性力在不停地变换方向，在水滴还未开始有明显的运动前，力的方向发生变化，对水滴的运动状态没有明显影响。

2号滤纸分离柴油中的水的原理同样是聚结原理，但其分离效率没有变化，原因可能与该滤纸的结构有关。在亲水聚结层后还有木浆纸层，聚结层充满水后，水在柴油的流动下穿过木浆纸，并在其后面逐渐生长成大颗粒水滴。基纸的背面粗糙且多孔，对水的粘附力比较大，而振动水滴提前脱离滤纸导致的水滴直径变化较小或该直径远大于临界直径，使得低频振动对其油水分离效率基本上没有影响。

2.2阻拦式滤纸

阻拦式滤纸分离水的3种状态。编号1为水滴粒径比孔隙大直接被阻拦在上游；编号2为直径于孔隙基本相当的水滴；编号3为直径比孔隙小的水滴，跟随柴油直接穿过滤纸。

滤纸在流量为1 L/min（等效面流速5 cm/min）、油水界面张力为22 mN/m时，在39.2 m/s2加速度下不同的振动方向和频率与油水分离效率的关系。由于3号滤纸是由聚四氟乙烯纤维制成的单层滤纸，在试验中发现其对DV50=20μm粒径分布的水滴几乎没有分离效率，为了测量振动对其油水分离效率的影响，适当地提高其DV50到35μm。4号滤纸仍然使用DV50=20μm进行试验。

3号滤纸和4号滤纸都是在20 Hz的振动频率下油水分离效率最低：3号滤纸沿X、Y、Z方向的振动油水分离效率都有显著降低，油水分离效率最大降低了5%；4号滤纸只有在沿X方向振动油水分离效率略有下降，降低了约2.5%。

3号滤纸使用聚四氟乙烯纤维编制成的单层网状结构，由于该滤纸不具备空间纵深结构，直径小于孔隙的水滴极易穿过滤纸到达下游，大于孔隙的水滴会被阻拦在滤纸表面，随着更多的水滴被阻拦，它们之间会聚结成大水滴，在重力的作用下脱离滤纸表面。依附在疏水滤纸表面的水滴与纤维之间没有粘附力，可能的原因是纤维上有一层柴油膜，水滴和柴油之间存在粘附力的作用而附着在滤纸表面。在沿X方向振动时，因为惯性力的作用会使处于状态2的水滴与滤纸分离。水滴的分离方向是随机的，有可能穿过滤纸到达下游，也有可能重新回到上游，因为柴油的流动使得水滴穿过滤纸的概率大大增加；沿X和Y方向振动使状态1的水滴提前脱离滤纸，较小粒径的水滴穿过滤纸的概率增加。

4号滤纸相比于3号滤纸有更小的孔隙，在沿Y和Z方向振动时，水滴会提前落下，使流动通道打开，小水滴流向下游的概率增加，但该滤纸具有一定的空间结构，其阻拦效率变化不大。沿X方向振动使油水分离效率略有降低的原因是增大了水滴的撞击惯性，使在无振动条件下本来能被阻拦的水滴在振动条件下穿过滤纸。

3低频振动对油水分离效率的影响

1、3、4号滤纸在20 Hz振动频率下油水分离效率随加速度的变化趋势。2号滤纸在20 Hz振动频率、78.4 m/s2加速度下沿X、Y和Z方向的分离效率分别为95.3%、95.6%和95.1%，基本上没有变化，故不再对其展开其他加速度下的试验。

所有试验滤纸的分离效率均随加速度的增加而下降。1号滤纸在78.4 m/s2加速度下油水分离效率降低了7.2%，但通过式（14）计算得出临界直径约为949μm，也大于水滴在柴油中的悬浮直径。振动对聚结式滤纸油水分离效率影响的原因可能是，振动会使粘附在纤维上的水滴受力剪切变形，这种变形在低频大加速度的条件下更为明显，水滴在强烈的剪切力作用下会破碎成几个小水滴，同时也伴随着更小粒径水滴的生成。二次破裂生成小于173μm直径的水滴会被流动的柴油带到管路下游，导致油水分离效率降低。

3号滤纸和4号滤纸的油水分离效率在78.4 m/s2加速度下分别降低了6.7%和3.4%。4号滤纸在沿Y和Z方向振动时，油水分离效率并无明显的变化，仅在沿X方向振动时略有降低。3号滤纸在振动加速度由39.2 m/s2变化为78.4 m/s2时，油水分离效率变化仅为1.7%。

在振动条件下，阻拦式滤纸油水分离效率影响的机制除了因振动促进与滤纸孔径相当的水滴穿过外，还增大了柴油中的水滴与粘附在滤纸上水滴的碰撞的相对速度，两个水滴以较小的速度碰撞时聚结的概率更大，在以较大的相对速度碰撞时，有可能使两个水滴破碎成多个小水滴；聚结式滤纸除了水滴提前从纤维上脱离外，在强烈的振动下使粘附在纤维上的体积较大的水滴在脱离之前破碎成多个小水滴。

4结论

（1）振动对油水分离效率的影响主要体现在低频率大振幅。在20 Hz的振动频率下，水分离效率随振动加速度的增加而下降，1号（单层聚结式滤纸）、3号（单层阻拦式滤纸）、4号（复合阻拦式滤纸）最大降低分别为7.2%、6.7%、3.4%。

（2）水分离效率的降低与振动方向有关。与沿Y方向（与柴油流动方向垂直且与地面平行的方向）和Z方向（与地面垂直的方向）的振动相比，沿X方向（柴油流动方向）的振动导致的油水分离效率降低，1、3和4号滤纸分别降低了约0.5%、1.0%和1.5%。

（3）不同的滤纸对振动的敏感性不同，单层滤纸与复合滤纸相比在振动条件下的水分离效率降低更显著。2号滤纸在振动条件下的水分离效率基本没有变化，4号滤纸在沿X方向振动时水分离最多仅降低了3.4%。

（4）聚结式滤纸在振动条件下油水分离效率降低是水滴提前脱离纤维和破碎共同作用的结果；阻拦式滤纸在振动条件下油水分离效率降低的原因是水滴因为惯性撞击破碎和沿X方向的振动促进直径较小的水滴通过滤纸。