Устройство для магнитной обработки текучей среды, предназначенное для формирования по меньшей мере одного магнитного поля в течение Т _с при критической или более высокой напряженности магнитного поля Н _с ; причем период времени Т _с и напряженность поля Н _с взаимосвязаны и зависят от свойств текучей среды.

 

(57) Реферат / Формула:
для магнитной обработки текучей среды, предназначенное для формирования по меньшей мере одного магнитного поля в течение Т _с при критической или более высокой напряженности магнитного поля Н _с ; причем период времени Т _с и напряженность поля Н _с взаимосвязаны и зависят от свойств текучей среды.

 

---

2420-141047ЕА/052 СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАБОТКИ ТЕКУЧЕЙ СРЕДЫ
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к обработке текучих сред, в частности углеводородов, топлива и масел, а также к способам и устройствам для изменения физических свойств углеводородов при использовании магнитного поля.
Уровень техники
Использование магнитных устройств и способов для обработки углеводородов известно в данной области техники. Однако механизмы и влияние такой обработки не очень хорошо известны, и их трудно прогнозировать.
Из предшествующего уровня техники известны следующие примеры для магнитной обработки топлива: Патент US 3830621; Патент US 4188296; Патент US 4461262; Патент US 4572145; Патент US 5124045; Патент US 5331807; Патент US 5664546; Патент US 5671719; Патент US 5829420.
Документы, относящиеся к предшествующему уровню техники, касаются обработки ¦ потока топлива для предотвращения образования отложений, предотвращения коррозии или биологического нарастания в труба.х, а также для увеличения сгорания топлива в двигателе.
Однако имеется ряд документов, в которых раскрыты устройства для "изменения свойств текучей среды или топлива", при этом не ясно каким образом используются указанные устройства.
В публикации WO 99/233 81 раскрыто устройство для изменения свойств текучей среды, протекающей в трубе, посредством магнитного поля. Текучая среда может быть топливом, а магнитом могут служить частицы на основе неодима, железа и бора, которые объединены и спрессованы с образованием особенно сильного постоянного магнита. В этом документе раскрыто изменение требуемым образом свойств жидкости при использовании постоянных магнитов.
В Патенте US 6056872 раскрыто устройство для магнитной обработки текучих сред, таких как газы или жидкости. Это
устройство включает в себя несколько групп магнитов (постоянных или электромагнитов) для воздействия магнитным полем на текучую среду. Магниты расположены с внешней стороны трубы или иного канала, внутри которого протекает текучая среда. В указанном устройстве использованы магниты с разной напряженностью магнитного поля для изменения магнитного потока вдоль длины трубы или канала с протекающей текучей средой. Следует заметить, что при описании предшествующего уровня техники указанного изобретения обсуждаемые проблемы относятся к предотвращению образования отложений в трубах, коррозии или обрастания водорослями. Магнитные устройства также обсуждаются в контексте улучшения потребления топлива дзигателями и снижения их нежелательных простоев.
Парафины являются основной проблемой при получении некоторых видов сырой нефти. Хотя: в такой системе парафины обычно остаются в растворе, однако 'после добычи нефти некоторые из легких фракций теряются, что может изменить кристаллическую структуру парафинов и привести к их осаждению и/или образованию твердого парафина при изменениях температуры. Примерно 40% затрат на доставку пригодной для использования нефти на рынок составляют затраты на борьбу с отложением парафина.
Известно, что использование химикатов, обычно кислот и дорогих биоцидов, предотвращает осаждение эти материалов, растворяет их или удаляет из труб. Однако это не всегда эффективно. Химикаты могут быть токсичными или дорогими, и часто эти химикаты влекут за собой долговременные эксплуатационные расходы, поскольку они должны непрерывным образом добавляться в текучую среду.
Следует принимать во внимание, что хотя здесь и приведена ссылка на публикацию, относящуюся к предшествующему уровню техники, эта ссылка не означает признание того, что указанная публикация образует часть общедоступных сведений в данной области техники в Австралии или в любой другой стране.
Сущность изобретения
Технической задачей настоящего изобретения является создание устройства для магнитной обработки текучих сред,
которое может по меньшей мере частично устранить по меньшей мере один из вышеуказанных недостатков или предоставить потребителю возможность полезного или коммерческого выбора, предложенное устройство для магнитной обработки текучих сред позволяет изменить по меньшей мере один физический или реологический параметр обрабатываемой текучей среды посредством приложения магнитного поля к текучей среде.
Поставленная задача решена путем создания устройства для магнитной обработки текучих сред, которое формирует по меньшей мере одно магнитное поле в течение периода времени Тс при критической или более высокой напряженности магнитного поля Нс/ причем период времени Тс и напряженность поля Нс взаимосвязаны и зависят от свойств текучей среды.
Согласно другому аспекту настоящее изобретение относится к способу магнитной обработки текучих сред, содержащему этап приложения по меньшей мере одного магнитного поля к текучей среде, подлежащей обработке.
В более частном аспекте данное изобретение относится к способу магнитной обработки текучих сред, в котором осуществляют приложение по меньшей мере одного магнитного поля в течение периода времени Тс при критической или более высокой напряженности магнитного поля Нс, причем период времени Тс и напряженность поля Нс взаимосвязаны и зависят от свойств текучей среды.
Способ и устройство в соответствии с изобретением могут быть использованы для воздействия на текучие среды, независимо от того, являются ли они жидкими или газообразными. Следует принимать во внимание то, что, несмотря на возможность применения к углеводородным текучим средам или текучим средам, содержащим углеводороды (независимо от того, находятся ли они в смеси или нет), устройство и способ, согласно изобретению, могут быть использованы для других текучих сред. Простым путем воздействия магнитного поля на текучую среду является его приложение к протекающей текучей среде, и поле может быть приложено к текучей среде, протекающей по трубе или иному каналу.
Не обращаясь к теории, можно считать, что углеводородная текучая среда может быть воображаемым образом разделена на "частицы", которые могут быть представлены как большие молекулы, суспендированные в базовой текучей среде, состоящей из молекул меньшего размера, которые обычно имеются в большем количестве и образуют базовую жидкость. Вязкость углеводородной текучей среды может быть представлена как вязкость жидкой суспензии, которая существенно отличается от мономолекулярной жидкости. Для одной и той же объемной доли Ф кажущаяся вязкость зависит от размера частиц. При уменьшении размера частиц кажущаяся вязкость становится выше. Это можнс видеть из уравнения Муни [4] п/п0 = ехр [2,5 Ф/(1-к Ф)], (1)
где: к - коэффициент уплотнения увеличивается при уменьшении размера частиц. В некоторых экспериментах в известных устройствах он оценен как
к=1,079+ехр(0,01008/D)+ехр(О,00290/D2) для частиц размером порядка микрометра, где D - диаметр частиц в микрометрах. Каждая из больших молекул или "частиц" обладает магнитной восприимчивостью рр, которая отличается от магнитной восприимчивости базовой текучей среды pf. Вследствие этого частицы в магнитном поле ориентируются вдоль направления поля. Если частицы представляют собой одинаковые сферы радиусом а, то в магнитном поле их дипольный момент может быть оценен по следующей формуле:
m=H a3 (Pp-Pf) / (цР-2]д?) , (2)
где: Н - локальное магнитное поле, величина которого должна быть близка к величине внешнего поля в случае разбавленных систем. Дипольное взаимодействие между этими двумя диполями индуцирует взаимное магнитное притяжение, величина которого определяется следующей формулой:
U=pfm2 (l-3cos29) /г3, (3)
где: г - расстояние между этими двумя диполями, 9 - угол между прямой линией, соединяющей диполи, и направлением магнитного поля. Если это взаимодействие сильнее обычного броуновского движения, то эти два диполя будут взаимно объединяться для ориентации в направлении поля. Если
взаимодействие диполей очень сильное и продолжительность воздействия магнитного поля достаточно велика, то частицы будут агрегироваться в виде макроскопических цепочек или столбиков, которые будут мешать протеканию жидкости и увеличивать кажущуюся вязкость, что является хорошо известным явлением в магнитореологических текучих средах.
Неожиданно было обнаружено, что, если воздействующее магнитное поле представляет собой короткий импульс, то индуцированное дипольное взаимодействие не имеет достаточного времени для воздействия на частицы, находящиеся на макроскопическом расстоянии, однако вынуждает
близкорасположенные диполи объединяться в небольшие кластеры. Образованные кластеры имеют соответственно ограниченный размер, например, порядка микрометра. В то время как объемная доля частиц остается постоянной, средний размер "новых частиц" увеличивается. Это может привести к снижению кажущейся вязкости, поскольку величина коэффициента к уплотнения уменьшается.
Предпочтительно, взаимосвязь между напряженностью магнитного поля Нс и периодом времени Тс приложения поля может быть рассчитана исходя из следующего.
После прекращения действия магнитного поля, приложенного в течение периода времени Тс к текучей среде, индуцированное дипольное взаимодействие обычно исчезает. Однако обычно кластеры из агрегированных частиц могут сохраняться в течение некоторого периода времени вследствие гистерезиса. Через некоторое время вследствие броуновского движения и других различных возмущений объединения частиц, будут разрушены. После того, как объединения частицы полностью разрушены, что может занять от 8 от 10 часов, которое обозначают как время разрушения Ть, реологические свойства жидкой суспензии обычно возвращаются к состоянию, имеющемуся перед магнитной обработкой. Поэтому было бы предпочтительно для транспортировки текучей среды на большие расстояния, например, по трубопроводам для нефтяного топлива, чтобы магнитное поле воздействовало на текучую среду через промежутки времени, соответствующие времени разрушения Ть.
Соответственно вдоль канала или трубы для транспортировки текучей среды может быть размещено с интервалом несколько устройств для приложения магнитного поля. Расстояние между устройствами может быть определено в соответствии со скоростью протекания текучей среды по каналу и временем разрушения Ть. Приложение поля и расстояние между данными магнитными устройствами на трубе могут быть отрегулированы в соответствии с расходом среды в трубе или же могут регулироваться таким образом, чтобы поддерживать пониженную вязкость текучей среды.
Если обозначить плотность частиц как п, то две соседние частицы обычно разделены расстоянием около п"1/3. В соответствии с уравнением (2) дипольное взаимодействие между двумя соседними частицами составляет около m2njaf. Для объединения частиц в кластер желательно, чтобы это взаимодействие было сильнее теплового броуновского движения и объединяло соседние частицы одну с другой. При этом указанный ниже параметр а, который может определять соотношение между дипольным взаимодействием и тепловым движением, достигает следующей величины: a=pfm2 n/(kBT)> l, (4)
где: kB - постоянная Больцмана;
Т - абсолютная температура.
Тогда критическое поле, которое должно быть приложено для того, чтобы реализовать данное изобретение, может быть рассчитано с помощью уравнения (2) следующим образом: Нс [kBT/(nyf)]1/2(1ip+2lif)/[a3(lip-Hf)] (5)
Если приложенное магнитное поле слабее, чем Нс, то тепловое броуновское движение может не допустить взаимного объединения частиц. Чтобы изменить кажущуюся вязкость жидкой суспензии, воздействующее магнитное поле, приложенное в соответствии с данным изобретением, должно быть не слабее Нс.
При дипольном взаимодействии сила, действующая между двумя соседними частицами, обычно составляет около 6\Xf т2п4/3. При использовании выражения 6a7inav для силы притяжения Стокса, действующей на частицу, средняя скорость частицы составляет около v=iif m2n4/3/ (7tnaa) .
Время, необходимое для того, чтобы две соседние частицы взаимно объединились, может быть выражено как
i=n-1/3/v=nno(Pp+2pf)2/ [pfn5/3aE (pp+pf)2H2] = (6) 7ГГ)0а/ (n2/3kBTa)
Если время воздействия магнитного поля много меньше т, то частицы могут не иметь достаточно времени для взаимного объединения. С другой стороны, при времени воздействия магнитного поля много больше х могут сформироваться макроскопические цепочки, и кажущаяся вязкость текучей среды может возрасти, вместо того, чтобы уменьшиться.
Поэтому в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления данного изобретения приемлемая продолжительность воздействия магнитного поля должна быть порядка т. Из уравнения (6) видно, что если приложенное магнитное поле становится сильнее, то продолжительность импульса должна уменьшиться. Поэтому напряженность приложенного магнитного поля Нс может быть определена по отношению периоду приложения поля Тс.
В магнитореологических текучих средах (а^ЮО) дипольное взаимодействие может быть слишком сильным и выстраивать частицы в цепочки вдоль направления поля в течение миллисекунд. В минеральных маслах индуцированное магнитное дипольное взаимодействие может быть много слабее, чем в магнитореологических текучих средах. Поэтому в соответствии с наиболее предпочтительным вариантом осуществления данного изобретения, в котором обрабатываемая текучая среда имеет величину а в интервале между 1 и 10, кажущаяся вязкость жидкой суспензии может быть эффективным образом уменьшена выбором соответствующей продолжительности приложения магнитного поля.
Частицы, объединенные посредством магнитного поля, которые обычно образуются при использовании данного изобретения, могут не быть сферическими. Они могут быть вытянуты вдоль направления поля и могут поворачиваться под действием магнитного поля, что способствует дополнительному уменьшению кажущейся вязкости.
Согласно изобретению может быть представлено устройство для реализации заявленного способа. Обычно таким устройством
для приложения магнитного поля являются магниты. Магниты могут быть изготовлены из любого подходящего материала и могут быть постоянными магнитами или электромагнитами, известными в данной области техники, или могут быть разработаны в дальнейшем. В случае, если используемые магниты являются постоянными магнитами, наиболее подходящими магнитными материалами являются керамика и редкоземельные материалы, которые, в частности, включают в себя магниты на основе неодима, железа и бора, а также магниты на основе самария и кобальта.
В случае электромагнитов очевидно, что они должны быть соединены с соответствующим источником электропитания, чтобы поддерживались их электромагнитные свойства. Магниты могут иметь любую подходящую физическую форму, которая является предпочтительной при изготовлении описанного здесь устройства.
Указанные магниты должны иметь температуру Кюри достаточно высокую, чтобы их магнитные характеристики могли поддерживаться при рабочих температурах, которым они подвергаются. Например, в автомобильных двигателях магниты топливной линии будут находиться выше блока двигателя там, где взаимное нагревание существенно повысит их температуру. Некоторые магниты значительно снижают напряженность своего магнитного поля при повышении температуры. Температуры Кюри для магнитов из сплава "Алнико" составляют от 760°С до 890°С, керамических магнитов (ферритовых магнитов) - 450°С, магнитов из неодима - от 310°С до 360°С и магнитов из самария - от 720°С до 825°С.
Следует принимать во внимание, что магниты, которые были описаны выше, могут быть магнитами, а также любой комбинацией магнита и одного или нескольких элементов, которые могут действовать таким образом, что улучшают проникновение магнитного поля в канал или же усиливают напряженность поля магнита. Такие элементы включают в себя один или несколько полюсных наконечников из железа или стали, главным образом из холоднокатаной стали с низким содержанием углерода. Такие полюсные наконечники предпочтительно установлены между одной поверхностью или одним полюсом магнита и внешней поверхностью стенки канала. При необходимости часть полюсного наконечника,
находящаяся в соприкосновении с внешней поверхностью стенки канала, имеет профиль, соответствующий профилю внешней поверхности стенки канала, чтобы полюсные наконечники могли быть установлены на канале. Обычно часть полюсного наконечника, находящаяся в соприкосновении с поверхностью стенки канала, имеет дугообразный профиль, который соответствует внешнему радиусу кривизны канала, главным образом труб. Там, где канал имеет плоскую поверхность (например, это каналы с квадратным, треугольным или прямоугольным поперечным сечением), часть полюсного наконечника, находящаяся в соприкосновении с поверхностью стенки канала, имеет плоский профиль. Наконечники могут быть расположены на любой стороне любого магнита, например, между магнитом и внешней поверхностью стенки канала, при соприкосновении по меньшей мере с частью магнита и в то же время перпендикулярно внешней стенке канала. Полюсный наконечник может также иметь коническую форму, так что площадь поверхности полюсного наконечника, находящейся в
соприкосновении с магнитом, равна или больше площади боковой поверхности этого магнита, однако противоположная поверхность полюсного наконечника имеет меньшую площадь. При такой конструкции полюсный наконечник имеет коническую форму, которая обеспечивает сосредоточение магнитного поля на поверхности раздела магнита и наконечника, на противоположной поверхности полюсного наконечника меньшей площади, расположенной на внешней поверхности стенки трубы или поблизости от нее.
Что касается конструкции устройства в соответствии с данным изобретением, то могут быть использованы любые средства, которые подходят для размещения каждой из групп магнитов периферическим образом по отношению к каналу, как это описано выше. Для магнитов не требуется физического соприкосновения с поверхностью канала, однако это может оказаться желательным в случае ферромагнитного канала, например, трубы из железа или стали. Эти средства могут включать в себя соответствующие механические приспособления, такие как зажимы, кронштейны, ленты, скобы, корпуса с внутренними пространствами для размещения в них магнитов, а также химические средства, такие
как средства для приклеивания магнитов на поверхности стенки канала.
Может быть использовано любое подходящее средство, включающее в себя любое из средств или устройств, которые раскрыты в патентах, указанных выше. В других вариантах осуществления предполагается, что группы магнитов могли бы быть также интегральной частью канала, например, включены в конструкцию стенки канала. Группы магнитов могут быть также размещены на внутренней поверхности стенки канала. Также предполагается, что группы магнитов, используемые для реализации данного изобретения, могут образовывать часть стенки канала. При таком расположении могут быть предусмотрены секции канала с фланцами, резьбой или другими средствами для закрепления, которые могут быть использованы для того, чтобы вставить указанную секцию канала в одну линию с каналом, в котором протекает текучая среда. Такая секция канала включает в себя магниты, которые расположены в соответствии с концепциями данного изобретения, изложенными в данном описании, включены в стенку секции канала или являются ее частью.
Способ и устройство, предлагаемые в данном изобретении, могут быть использованы для атомизации (тонкого распыления) углеводородных текучих сред. Атомизация обычно происходит как результат взаимодействия между жидкостью и окружающим воздухом, и процесс атомизации в целом включает в себя несколько механизмов взаимодействия, среди которых имеется разделение больших капель во время завершающих стадий измельчения. При равновесии радиус капель определяется поверхностным натяжением жидкости и разностью давления:
г=2у/Др, (7)
где: у ~ поверхностное натяжение, а Др= (pi-pa) - разность между давлением pi внутри капли и давлением ра воздуха поблизости от поверхности капли. Размер г в уравнении (7) обычно называют критическим размером. В процессе распыления капли могут быть первоначально много больше размера г. Они затем разделяются снова и снова на маленькие капельки. Влияние вязкости жидкости, противодействующей деформации капель, может
увеличивать время разрыва. Поэтому низкая вязкость жидкости способствует быстрому разделению капель и приводит к образованию капелек меньшего размера.
Кроме того, во многих структурно вязких текучих средах, если вязкость текучей среды понижена, то ее поверхностное натяжение также уменьшается. Можно предвидеть, что приложение импульсного магнитного поля в соответствии со способом, предлагаемым в данном изобретении, также может уменьшить поверхностное натяжение такого легкого топлива, как и его кажущуюся вязкость.
Краткое описание чертежей Различные предпочтительные варианты осуществления данного изобретения ниже описаны со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:
Фиг.1 изображает диаграмму вязкости бензина с 20% этанола при 10°С и 95 об/мин после приложения магнитного поля в 1,3 Т в течение 5 секунд, согласно изобретению;
Фиг. 2 - диаграмму вязкости бензина с 10% МТБЭ при 10°С и 95 об/мин после приложения магнитного поля в 1,3 Т в течение 1 секунды, согласно изобретению;
Фиг.З - диаграмму вязкости дизельного топлива при 10°С и 35 об/мин после приложения магнитного поля в 1,1 Т в течение 8 секунд, согласно изобретению;
Фиг.4 - диаграмму вязкости сырой нефти компании Sunoco при 10°С и 10 об/мин после приложения магнитного поля в 1,3 Т в течение 4 секунд, согласно изобретению.
Подробное описание предпочтительных вариантов воплощения изобретения
В соответствии с одним из аспектов данного изобретения предложен способ обработки углеводородов и, в частности, топлива, нефтяного топлива и сырой нефти.
Был проведен ряд экспериментов, в которых магнитное поле прикладывалось к углеводородной текучей среде в течение времени Тс при критической или более высокой напряженности магнитного поля Нс. Период времени Тс и напряженность поля Нс были взаимосвязаны и зависели от свойств текучей среды. Было
определено, что воздействие магнитного поля при таких условиях уменьшает кажущуюся вязкость текучей среды.
В этих экспериментах способ и устройство были использованы для обработки чистого бензина, чистого дизельного топлива и чистого керосина без каких-либо добавок. Однако, поскольку получаемые углеводородные текучие среды содержат добавки того или иного вида, то описанные примеры были проведены на углеводородных текучих средах, состав которых был близок к составу основных видов топлива, используемого в легковых и грузовых автомобилях, а также к составу сырой нефти.
Данные были получены при использовании цифрового вискозиметра Брукфильда (Brookfield(r)) LVDV-II+, снабженном UL-адаптером. Вискозиметр Брукфильда измеряет вязкость текучей среды при заданной скорости сдвига. Главная операция при измерениях заключается в приводе шпинделя, погруженного в испытываемую текучую среду, посредством калиброванной пружины. Вязкостное сопротивление текучей среды, противодействующее шпинделю, определяется по отклонению пружины и измеряется с помощью преобразователя круговых перемещений. Вискозиметр LVDV-11+ имеет интервал измеряемых значений 15-2000000 сП.
UL-адаптер содержит прецизионный цилиндрический шпиндель, вращающийся внутри трубы с точно обработанной поверхностью, для измерения с высокой точностью вязкости текучих сред с низкой вязкостью. С UL-адаптером и шпинделем может быть измерена вязкость в интервале 1-2000 сП.
В приведенном ниже описании и на соответствующих чертежах магнитное поле было приложено в момент начала отсчета времени (Т=0).
Пример 1
Бензин с 20% этанола Этанол является важной добавкой к бензину, продаваемому на рынках. Данный пример был осуществлен на бензине с 20% этанола. Следует отметить, что чистый бензин имеет очень низкую вязкость, около 0,8 сП при 10°С. Этанол имеет довольно высокую вязкость, около 1,7 сП при 10°С. Поэтому смесь бензина с 20% этанола имеет вязкость около 0,95 сП.
Сильное магнитное поле величиной 1,3 Т прикладывали к образцу в течение 5 секунд. Кажущаяся вязкость снижалась до 0,81 сП, однако вскоре увеличивалась до около 0,865 сП, колебалась при этой величине и зат€;м постепенно увеличивалась, как показано на фиг.1. Однако после 3 часов кажущаяся вязкость оставалась при 0,88 сП, на 8% ниже первоначальной величины. Кажущаяся вязкость оставалась в основном ниже первоначальной величины в течение 200 минут после приложения магнитного поля. Можно предположить, что вязкость возвращается к 0,95 сП примерно через 10 часов.
Пример 2
Бензин с 10% МТБЭ
МТБЭ (метил-трет-бутиловый эфир) до сих пор широко используется в качестве добавки к бензину. Данный пример был осуществлен на бензине с 10 % МТБЭ. В отличие от этанола, МТБЭ имеет довольно низкую вязкость. Поэтому смесь бензина с 10% МТБЭ при 10°С имеет вязкость 0,84 сП, немного выше, чем у чистого бензина.
Магнитное поле в 1,3 Т прикладывали к образцу в течение около 1 секунды. Кажущаяся вязкость сразу же уменьшалась до 0,77 сП. Затем она колебалась вокруг величины 0,78 сП в течение нескольких часов и постепенно увеличивалась (фиг.2).
Однако после более 2 часов вязкость оставалась на 7% ниже 0,84 сП, первоначальной величины. Кажущаяся вязкость оставалась в основном ниже первоначальной величины в течение 150 минут после приложения магнитного поля. Такое поведение вполне сходно с поведением бензина с этанолом в импульсном магнитном поле, однако для бензина с 10% МТБЭ продолжительность магнитного импульса должна быть меньше, чем в случае бензина с 10% этанола.
Пример 3 Дизельное топливо
Дизельное топливо обладает гораздо более высокой вязкостью по сравнению с бензином. Пример 3 был осуществлен на чистом дизельном топливе и дизельном топливе с 0,5% этилгексилнитрата в качестве добавки. Поведение обоих образцов было довольно сходным, поскольку объемная доля добавки была очень мала.
Как показано на фиг.З, дизельное топливо имеет вязкость 5,80 сП при 10°С, что значительно больше, чем у бензина. После приложения магнитного поля в 1,1 Т в течение 8 секунд кажущаяся вязкость снижалась до 5,64 сП, а затем оставалась при 5,70 сП в течение нескольких часов. Кажущаяся вязкость оставалась ниже первоначальной величины в течение 160 минут после приложения магнитного поля.
Могут потребоваться дополнительные испытания для определения оптимальной продолжительности магнитного импульса. С одной стороны, поскольку дизельное топливо ближе по свойствам к сырой нефти, то можно ожидать, что дипольное взаимодействие, индуцированное магнитным полем, должно быть сильнее, чем в случае бензина. С другой стороны, поскольку первоначальная вязкость дизельного топлива выше, чем у бензина, то можно ожидать, что магнитные импульсы должны иметь несколько большую продолжительность. Результаты, представленные на фиг.З, показывают, что импульсное магнитное поле может уменьшить кажущуюся вязкость дизельного топлива.
Пример 4 Сырая нефть
Пример 4 был осуществлен с сырой нефтью компании Sunoco. Поскольку сырая нефть Sunoco является легкой сырой нефтью и имеет низкую температуру образования парафинов, то данный пример был выполнен при 10°С. При этой температуре сырая нефть Sunoco имеет вязкость около 2 6,2 сП. После приложения магнитного поля в 1,3 Т в течение 4 секунд кажущаяся вязкость снижалась до 22,2 сП, что на 16% ниже первоначальной величины. После прекращения воздействия магнитного поля вязкость оставалась низкой, однако постепенно увеличивалась.
Через 200 минут вязкость достигала 25,0 сП, но еще была на 5% ниже первоначальной величины. Из экстраполяции этой кривой можно ожидать, что вязкость возвратится к первоначальной величине после около 10 часов.
В данном описании и формуле изобретения (если это имеет место) слово "содержащий" и его производные, включая "содержит" и "содержать", подразумевают включение в состав каждого из
приведенных элементов, однако не исключают включение одного или нескольких дополнительных элементов.
Ссылка в данном описании на "один из вариантов осуществления" или "вариант осуществления" означает, что специфические особенности, структуры или характеристики, описанные в связи с данным вариантом осуществления, включены по меньшей мере в один из вариантов осуществления данного изобретения. Соответственно, фразы "в одном из вариантов осуществления" или "в варианте осуществления" в различных местах данного описания не обязательно относятся к одному и тому же варианту осуществления. Кроме того, специфические особенности, структуры или характеристики могут быть объединены любым подходящим образом в одну или несколько комбинаций.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Устройство для магнитной обработки текучей среды, формирующее по меньшей мере одно магнитное поле в течение периода времени Тс при критической или более высокой напряженности магнитного поля Нс, причем период времени Тс и напряженность поля Нс взаимосвязаны и зависят от свойств текучей среды.
2. Система для транспортировки текучей среды, содержащая множество устройств по п.1, и предназначенная для приложения магнитного поля вдоль канала или трубы для транспортировки текучей среды, причем расстояние между указанными устройствами определяется в соответствии со скоростью потока текучей среды, протекающей через канал, и временем разрушения Ть, которое зависит от времени Тс и напряженности поля Нс.
3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что критическая напряженность приложенного магнитного поля Нс рассчитывается в соответствии с формулой
Нс= [квТ/ (nuf) ]1/2 (up+2uf) / [a3 (up-uf) ] ,
где: кв - постоянная Больцмана; Т - абсолютная температура; п - плотность воображаемых частиц в базовой текучей среде; Uf -магнитная восприимчивость базовой текучей среды; рр - магнитная восприимчивость воображаемых частиц; а рассчитана в соответствии с формулой
а = ufm2 п/ (квТ) ,
где: m - дипольный момент между частицей и базовой текучей средой.
4. Устройство по п.З, отличающееся тем, что в котором период времени Тс равен величине т, рассчитанной в соответствии с формулой
i=n"1/3/v=nrio (Pp+2pf) 7 [pfn5/3a5 (pp+pf) 2H2] =пл0а/ (n2/3kBTa) , где: n - плотность воображаемых частиц в базовой текучей среде; v - средняя скорость воображаемых частиц; п0 - вязкость базовой текучей среды; рр - магнитная восприимчивость воображаемых частиц; pf - магнитная восприимчивость базовой текучей среды; а - радиус сферической частицы; Н вычислена в пункте 3; кв - постоянная Больцмана; Т - абсолютная температура;
n - плотность воображаемых частиц в базовой текучей среде/ pf -магнитная восприимчивость базовой текучей среды; рр - магнитная восприимчивость воображаемых частиц; а рассчитана в соответствии с формулой a=ufm2 п/ (квТ),
где: m - дипольный момент между частицей и базовой текучей средой.
5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что период времени Тс примерно равен т.
6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что формирование магнитного поля обеспечивается использованием одного или нескольких магнитных средств.
7. Система для транспортировки текучей среды, содержащая по меньшей мере одно устройство по п. б, расположенное рядом с каналом, через который протекает текучая среда.
8. Способ магнитной обработки текучих сред, заключающийся в том, что прикладывают по меньшей мере одно магнитное поле в течение периода времени Тс при критической или более высокой напряженности магнитного поля Нс; при этом период времени Тс и напряженность поля Нс взаимосвязаны и зависят от свойств текучей среды.
9. Способ по п. 8, отличающийся тем, что обрабатываемая текучая среда включает в себя углеводороды, независимо от того, являются ли они жидкими или газообразными.
10. Способ по п.9, отличающийся тем, что углеводородную текучую среду представляют в виде "частиц", которые могут быть представлены как большие молекулы, суспендированные в базовой текучей среде из молекул меньшего размера, которые обычно имеются в большем количестве и образуют базовую жидкость; при этом каждая из больших молекул обладает магнитной восприимчивостью рр, которая отличается от магнитной восприимчивости базовой текучей среды pf; частицы ориентируют вдоль направления поля в магнитном поле.
По доверенности
1/2
141047ЕА
ФИГ. 1
Время (мин)
ФИГ. 2
2/2 ФИГ. 3
Время (мин) ФИГ. 4