NO321624B1

NO321624B1 - Procedure for reducing flow resistance in rudder and duct flow

Info

Publication number: NO321624B1
Application number: NO20001836A
Authority: NO
Inventors: Magne Waskaas
Original assignee: Emt Res Asa
Priority date: 1997-10-10
Filing date: 2000-04-07
Publication date: 2006-06-12
Also published as: NO20001836L; NO20001836D0

Description

Denne oppfinnelsen gjelder en fremgangsmåte og apparatur for reduksjon av strømningsmotstand i rør og kanaler hvor et fluid eller pulver strømmer i enkelt- This invention relates to a method and apparatus for reducing flow resistance in pipes and channels where a fluid or powder flows in individual

eller flerfase. I fremgangsmåten blir strømningsmotstanden redusert ved å anvende et elektrisk felt på rør- eller kanalveggen. I tillegg blir feltstyrken regulert i henhold til målinger av strømningsregimet før og etter enheten som eksponerer fluidet eller pulveret for det elektriske feltet. Fluidet kan være et rent fluid, or multiphase. In the method, the flow resistance is reduced by applying an electric field to the pipe or channel wall. In addition, the field strength is regulated according to measurements of the flow regime before and after the device that exposes the fluid or powder to the electric field. The fluid can be a pure fluid,

kolloidalt fluid eller inneholde inneslutninger i form av partikler. colloidal fluid or contain inclusions in the form of particles.

Bakgrunn Background

Mange viktige industrielle prosesser og sammfunnstjenester inkluderer transport av fluider i rør. Eksempler er blant andre, vannforsyning til hydroelektriske kraftstasjoner, vannverk, vannrenseanlegg, kloakkbehandlings- eller renseanlegg, distribusjonsnett for fjernvarmeanlegg, transport av olje og gass i rør, prosesslinjer i prosesskjemi, matindustri og petrokjemisk industri. Many important industrial processes and community services include the transport of fluids in pipes. Examples are, among others, water supply to hydroelectric power stations, water works, water purification plants, sewage treatment or purification plants, distribution networks for district heating plants, transport of oil and gas in pipes, process lines in process chemistry, food industry and petrochemical industry.

Et vanlig problem forbundet med alle former for transport av fluider i rør og A common problem associated with all forms of transport of fluids in pipes and

kanaler er tap av fluidets trykk på grunn av strømningsmotstand. Dette trykktapet forårsaker tap av energi for alle prosesser som inkluderer rørtransport av fluider. channels are loss of fluid pressure due to flow resistance. This pressure loss causes a loss of energy for all processes that include pipe transport of fluids.

For større transportavstander kan dette bli en viktig økonomisk faktor da trykktapet må kompenseres ved regenerering av fluidtrykket ved hjelp av én eller flere pumpestasjoner. Dermed blir det utfra både et økonomisk og miljømessig synspunkt interessant å redusere strømningsmotstanden. For larger transport distances, this can become an important economic factor as the pressure loss must be compensated by regeneration of the fluid pressure using one or more pumping stations. Thus, from both an economic and an environmental point of view, it becomes interesting to reduce the flow resistance.

Kjent teknikk Known technique

Siden det nittende århundre har det vært kjent at å påtrykke et magnetisk felt på Since the nineteenth century it has been known that applying a magnetic field to

vann som strømmer i et rør, kan dannelsen av kalkavsetninger på innerveggene til røret reduseres og/eller unngås. Denne effekten er inngående diskutert i American Petroleum Institute Publication 960 fra september 1985. Selv om det er likheter mellom denne effekten og denne oppfinnelsen, er både målsetningen og midlene tilstrekkelige fjernt fra hverandre til at dette kun har begrenset relevans for denne oppfinnelsen. water flowing in a pipe, the formation of scale deposits on the inner walls of the pipe can be reduced and/or avoided. This effect is discussed at length in American Petroleum Institute Publication 960 from September 1985. Although there are similarities between this effect and this invention, both the objective and the means are sufficiently distant from each other that this has only limited relevance to this invention.

Strømningshastigheten til et fluid som strømmer gjennom et rør/kanal vil variere langs tverrsnittet til røret/kanalen. Den høyeste hastigheten oppnås i midten og den laveste ved grenseflaten mellom fluidet og rør/kanalveggen. Typiske hastighetsprofiler for laminær og turbulent strømning i rør [1] er gitt i fig. 1. The flow rate of a fluid flowing through a pipe/channel will vary along the cross-section of the pipe/channel. The highest velocity is achieved in the middle and the lowest at the interface between the fluid and the pipe/channel wall. Typical velocity profiles for laminar and turbulent flow in pipes [1] are given in fig. 1.

Formen til hastighetsprofilen bestemmes av Reynoldstallet og friksjonsfaktoren til fluidstrømningen. Reynoldstallet bestemmes av tettheten til fluidet, dynamisk viskositet, gjennomsnittelig strømningshastighet og diameteren til røret/kanalen. Hvis Reynoldstallet er mindre enn 2300 vil strømningen være laminær (parabolformet hastighetsprofil) og turbulent hvis den er over 2300. Friksjonsfaktoren bestemmes av ruheten til rør/kanalveggen og Reynolds-tallet. The shape of the velocity profile is determined by the Reynolds number and the friction factor of the fluid flow. The Reynolds number is determined by the density of the fluid, dynamic viscosity, average flow velocity and the diameter of the pipe/channel. If the Reynolds number is less than 2300 the flow will be laminar (parabolic velocity profile) and turbulent if it is above 2300. The friction factor is determined by the roughness of the pipe/channel wall and the Reynolds number.

Ruheten er en kompleks størrelse som avhenger av paramtere slik som formen på røret/kanalveggen, størrelse, fysisk karakter til overflaten og elektriske betingelser The roughness is a complex quantity that depends on parameters such as the shape of the pipe/duct wall, size, physical character of the surface and electrical conditions

[2]. Alle disse parametrene tenderer mot å redusere strømningshastigheten. Ruheten blir normalt bestemt ved målinger av fluidets trykktap. Ruheten som en funksjon av Reynolds-tallet og friksjonsfaktoren for et antall materialer er gitt i form av et Moody-diagram [2] i fig. 2. [2]. All these parameters tend to reduce the flow rate. The roughness is normally determined by measurements of the fluid's pressure loss. The roughness as a function of the Reynolds number and the friction factor for a number of materials is given in the form of a Moody diagram [2] in fig. 2.

Det er også kjent at når et metallstykke senkes i vann, vil noe av metallet oppløses som positive metallioner og metallstykket vil bli negativt ladet. På grunn av elektromagnetisk tiltrekning vil det dannes et lag av positivt ladede metallioner, hydrogenioner (avhengig av pH), andre positivt ladede ioner tilstede i vannet og polare molekyler méd den positive enden rettet mot metallstykket [3]. En illustrasjon av dette laget er gitt i fig. 3. En spenning som kan måles i forhold til en standard referansecelle (f.eks. en standard calomel elektrode, SCE) vil dermed dannes på tvers av dette laget, og er gitt navnet korrosjonspotensialet [4]. Laget som også kalles det elektriske dobbeltlaget har en tykkelse i størrelsesorden på IO"<9 >m. Selv om potensialet på tvers av laget er i størrelsesorden på 1 V, er det elektriske feltet svært stort, i størrelsesorden IO<9> V/m [3]. It is also known that when a piece of metal is immersed in water, some of the metal will dissolve as positive metal ions and the piece of metal will become negatively charged. Due to electromagnetic attraction, a layer of positively charged metal ions, hydrogen ions (depending on pH), other positively charged ions present in the water and polar molecules with the positive end directed towards the metal piece will form [3]. An illustration of this layer is given in fig. 3. A voltage that can be measured in relation to a standard reference cell (e.g. a standard calomel electrode, SCE) will thus form across this layer, and is named the corrosion potential [4]. The layer, also called the electric double layer, has a thickness of the order of IO"<9 >m. Although the potential across the layer is of the order of 1 V, the electric field is very large, of the order of IO<9> V/m [3].

For at korrosjonspotensialet skal opprettholdes må det oppstå en liten strøm av ioner fra løsningen til elektroden, slik at en konsentrasjonsgradient blir etablert. Denne konsentrasjonsgradienten kalles diffusjonslaget og har en tykkelse i størrelsesorden 0,1 mm. Tykkelsen avhenger av omrøringshastigheten eller strømningshastigheten. Ved høyere omrøringshastighet, eller strømningshastighet, jo tynnere vil diffusjonslaget være. Jo tynnere diffusjonslag jo høyere strømmer av ioner til elektroden og dermed høyeré korrosjonspotensial [3]. In order for the corrosion potential to be maintained, a small flow of ions must occur from the solution to the electrode, so that a concentration gradient is established. This concentration gradient is called the diffusion layer and has a thickness of the order of 0.1 mm. The thickness depends on the agitation speed or flow rate. At a higher agitation rate, or flow rate, the thinner the diffusion layer will be. The thinner the diffusion layer, the higher the flow of ions to the electrode and thus the higher the corrosion potential [3].

EP 0 661 237 Al angir en fremgangsmåte for å forhindre deponering av kalsium-og magnesiumavleiringer på rørvegger ved å påtrykket et likespent elektrisk potensial for ionisering av fluidet. Ionisering av fluidet vil imidlertid forsterke korrosjonspotensialet av denne fremgangsmåten og er derfor ikke relevant for denne oppfinnelsen. EP 0 661 237 A1 specifies a method for preventing the deposition of calcium and magnesium deposits on pipe walls by applying an equal voltage electric potential for ionization of the fluid. Ionization of the fluid will, however, increase the corrosion potential of this method and is therefore not relevant for this invention.

US 5 480 563 angir en fremgangsmåte for å fjerne elektrostatiske ladninger som bygges opp i høyresistivitetsvæsker uten å kontakte væsken i den hensikt å unngå å forurense den. Et eksempel på slik væske er ekstremt rent vann anvendt i produksjonen av halvlederinnretninger og flytende krystallinnretninger. Det er kjent at slikt vann kan lades opp til 1000 V etter passering av et teflonbasert rør, som kan være skadelig for innretningen som produseres. Løsningen er å anvende elektroder dekket med et tynt inertlag som tillater tunnellering av elektroner inn i væsken. Det store potensialet som trengs for å utføre denne operasjonen vil US 5,480,563 specifies a method for removing electrostatic charges that build up in high resistivity liquids without contacting the liquid in order to avoid contaminating it. An example of such a liquid is extremely pure water used in the production of semiconductor devices and liquid crystal devices. It is known that such water can be charged up to 1000 V after passing through a Teflon-based pipe, which can be harmful to the device being produced. The solution is to use electrodes covered with a thin inert layer that allows tunneling of electrons into the liquid. The large potential needed to perform this operation will

imidlertid uunngåelig øke korrosjonspotensialet og dermed strømningsmotstanden, however, inevitably increase the corrosion potential and thus the flow resistance,

og er derfor ikke relevant for denne oppfinnelsen. and is therefore not relevant to this invention.

Idéen som denne oppfinnelsen er basert på er at opphopningen av ioner og polare molekyler ved fluidveggens grensesjikt på grunn av korrosjonspotensialet vil øke friksjonsfaktoren og dermed bremse ned fluidstrømmen. The idea on which this invention is based is that the accumulation of ions and polar molecules at the boundary layer of the fluid wall due to the corrosion potential will increase the friction factor and thus slow down the fluid flow.

Oppfinnelsens målsetting The objective of the invention

En hovedmålsetting med denne oppfinnelsen er å fremskaffe en fremgangsmåte A main objective of this invention is to provide a method

som forhindrer økningen av friksjonsfaktoren på grunn av korrosjonspotensialet som er tilstede mellom et strømmende fluid og veggen til et rør/kanal, og dermed reduserer trykktapet til fluider som strømmer i røret/kanalen. which prevents the increase of the friction factor due to the corrosion potential present between a flowing fluid and the wall of a pipe/channel, thus reducing the pressure loss of fluids flowing in the pipe/channel.

En annen målsetting med denne oppfinnelsen er å fremskaffe en apparatur for å utføre fremgangsmåten. Another objective of this invention is to provide an apparatus for carrying out the method.

Målsetningene med oppfinnelsen kan oppnås ved en fremgangsmåte og apparater som er kjennetegnet ved de trekk som fremgår av følgende beskrivelse og patentkravene. The objectives of the invention can be achieved by a method and devices which are characterized by the features that appear in the following description and the patent claims.

Kort beskrivelse av oppfinnelsen Brief description of the invention

Hovedidéen til denne oppfinnelsen er at oppbyggingen av ioner ved grenseflaten mellom fluidet og faststoffet kan motvirkes ved å påføre rør/kanalveggen et likespent elektrisk potensial. Størrelsen på potensialet bør være slik at det nøyaktig balanserer oppbygningen av elektriske ladninger på veggen. Dermed vil de elektromagnetiske kreftene som tiltrekker ionene og polare molekyler forsvinne, og ionene og de polare molekylene kan fritt følge med det strømmende fluidet. Med andre ord, det elektriske bidraget til friksjonsfaktoren blir null. The main idea of this invention is that the build-up of ions at the interface between the fluid and the solid can be counteracted by applying an equal voltage electric potential to the pipe/channel wall. The size of the potential should be such that it exactly balances the build-up of electrical charges on the wall. Thus, the electromagnetic forces that attract the ions and polar molecules will disappear, and the ions and polar molecules can freely follow the flowing fluid. In other words, the electrical contribution to the friction factor becomes zero.

En motsatt situasjon inntreffer hvis det påførte elektriske potensialet blir større enn oppbygningen av den elektriske ladningen. Da vil det bli en oppbygning av elektriske ladninger med motsatte verdier på rør/kanalveggen, og ioner (med An opposite situation occurs if the applied electric potential becomes greater than the build-up of the electric charge. There will then be a build-up of electric charges with opposite values on the pipe/channel wall, and ions (with

motsatt ladning) og polare molekyler (med den motsatte enden rettet mot veggen) opposite charge) and polar molecules (with the opposite end facing the wall)

vil feste seg til veggen og dermed øke friksjonsfaktoren. Det er derfor viktig å will stick to the wall and thus increase the friction factor. It is therefore important to

finne den størrelsen på det påførte elektriske potensialet som balanserer oppbygningen av de elektriske ladningene. find the magnitude of the applied electric potential that balances the build-up of the electric charges.

Målsettingen med oppfinnelsen oppnås f.eks. ved et utførelseseksempel som vist skjematisk i fig. 4. Figuren viser et rør hvor et fluid strømmer i retningen til pilen. The objective of the invention is achieved e.g. in an embodiment as shown schematically in fig. 4. The figure shows a pipe where a fluid flows in the direction of the arrow.

En kort del av rørveggen er elektrisk isolert fra resten av rørveggen i begge ender. Den indre diameteren til røret og den isolerte delen av røret bør være lik for ikke å forstyrre eller å introdusere unødvendig trykktap i fluidstrømmen. En likestrøms elektrisk potensialgenerator forbindes med den ene polariteten til den isolerte rørdelen og den andre polariteten til røret nedstrøms for den isolerte delen eller til en annen isolert del av røret nedstrøms for den første isolerte delen. Den elektriske likestrømsgeneratoren blir kontinuerlig regulert ved en kontrollenhet som reagerer på målinger av fluidkvaliteten hvor som helst oppstrøms for den delen av røret som blir utsatt for det elektriske potensialet. Dette sikrer at systemet kan påføre den korrekte verdien til det elektriske potensialet uavhengig av hvilket fluid som anvendes og eventuelle endringer i strømningen. A short section of the pipe wall is electrically isolated from the rest of the pipe wall at both ends. The inner diameter of the pipe and the insulated part of the pipe should be equal so as not to disturb or introduce unnecessary pressure loss into the fluid flow. A direct current electric potential generator is connected to one polarity of the insulated pipe section and the other polarity of the pipe downstream of the insulated section or to another insulated section of the pipe downstream of the first insulated section. The electric direct current generator is continuously regulated by a control unit which responds to measurements of the fluid quality anywhere upstream of the part of the pipe exposed to the electric potential. This ensures that the system can apply the correct value to the electrical potential regardless of which fluid is used and any changes in the flow.

Med fluidets kvalitet mener vi størrelser slik som fluidets strømningshastighet, korrosjonspotensial for det aktuelle røret, pH, konsentrasjon av spesifikke ioner, elektrisk ledningsevne, trykk og fluidets temperatur. Reguleringsenheten kan anvende noen eller alle av disse målte størrelsene når den beregner den korrekte verdien for det påførte elektriske potensialet. Reguleringsenheten kan være en standard datamaskinenhet som mottar de målte dataene, og som kan regulere den elektriske likestrømsgeneratoren. By the quality of the fluid, we mean quantities such as the fluid's flow rate, corrosion potential for the pipe in question, pH, concentration of specific ions, electrical conductivity, pressure and the temperature of the fluid. The controller may use any or all of these measured quantities when calculating the correct value for the applied electrical potential. The regulating unit can be a standard computer unit which receives the measured data and which can regulate the electric direct current generator.

Kort beskrivelse av tegningene Brief description of the drawings

Fig. 1 er en tegning av en typisk hastighetsprofil for en laminær og turbulent strømning i rør. Fig. 2 er et Moody-diagram som viser den relative ruheten for et antall materialer som funksjon av friksjonsfaktoren og Reynolds-tallet. Fig. 1 is a drawing of a typical velocity profile for a laminar and turbulent flow in pipes. Fig. 2 is a Moody diagram showing the relative roughness of a number of materials as a function of friction factor and Reynolds number.

Fig. 3 viser det elektriske dobbeltlaget. Fig. 3 shows the electrical double layer.

Fig. 4 er et skjematisk riss av et foretrukket utførelseseksempel av apparaturen i henhold til oppfinnelsen. Fig. 5 er en tegning av et eksperimentelt oppsett for målinger av effekten å eksponere ferskvann som strømmer i et stålrør. Fig. 6 viser en målt strømningshastighetsprofil for ferskvann som strømmer i stålrør med og uten eksponering til det elektriske potensialet. Reynolds-tallet var 50000. Fig. 4 is a schematic diagram of a preferred embodiment of the apparatus according to the invention. Fig. 5 is a drawing of an experimental setup for measurements of the effect of exposing fresh water flowing in a steel pipe. Fig. 6 shows a measured flow velocity profile for fresh water flowing in steel pipes with and without exposure to the electric potential. The Reynolds number was 50,000.

Detaljert beskrivelse av oppfinnelsen Detailed description of the invention

I det foretrukne utførelseseksemplet gitt skjematisk i fig. 4, er referansetall 1 reguleringsenheten med en integrert likestrømsgenerator, 2 er ledere for overføring av det elektriske potensialet, 3 er ledere for overføring av de målte data til reguleringsenheten, 4 er den isolerte delen av røret, 5 er resten av røret, 6 er elektriske isolatorer. Pilen indikerer strømningsretningen. Sensorene for å måle strømningskvaliteten er plassert på den isolerte delen av røret 4 (ikke vist). In the preferred embodiment given schematically in fig. 4, reference number 1 is the regulation unit with an integrated direct current generator, 2 are conductors for transmission of the electrical potential, 3 are conductors for transmission of the measured data to the regulation unit, 4 is the insulated part of the pipe, 5 is the rest of the pipe, 6 are electric insulators. The arrow indicates the direction of flow. The sensors for measuring the flow quality are placed on the insulated part of the pipe 4 (not shown).

Den isolerte rørdelen kan være opptil 50 cm lang og ha montert sensorer for å måle strømningshastigheten, korrosjonspotensialet, pH, ionekonsentrasjonen, elektrisk ledningsevne, og vanntemperaturen. Den isolerte rørdelen bør plasseres kort etter rørets innløp men tilstrekkelig lang unna for å sikre at strømningen har blitt etablert. Reguleringsenheten, elektriske ledere, likestrømsgeneratoren og sensorene for å måle strømningskvalitéten kan alle være av standard type og vil ikke bli beskrevet i ytterligere detalj. Man bør imidlertid ha i tankene at størrelse og plassering av sensorene bør være slik at de ikke forstyrrer fluidstrømningen vesentlig. The insulated pipe section can be up to 50 cm long and have sensors fitted to measure flow rate, corrosion potential, pH, ion concentration, electrical conductivity, and water temperature. The insulated pipe section should be placed shortly after the pipe inlet but sufficiently far away to ensure that flow has been established. The control unit, electrical conductors, direct current generator and sensors for measuring flow quality may all be of standard type and will not be described in further detail. However, one should bear in mind that the size and location of the sensors should be such that they do not significantly disturb the fluid flow.

Som nevnt, er målsetningen med denne oppfinnelsen å eliminere det elektriske bidraget til friksjonsfaktoren ved å påføre det elektriske potensial til rørveggen som balanserer oppbygning av de elektriske ladningene i rørveggen. I det foretrukne utførelseseksemplet blir dette utført ved å. forbinde en polaritet fra likestrømsgeneratoren til rørveggen som er nedstrøms for enheten og den andre polariteten til den isolerte rørdelen. Et positivt elektrisk felt tilsvarer å forbinde den positive polariteten fra generatoren til rørveggen 5 og den negative polariteten til den isolerte rørdelen 4. As mentioned, the objective of this invention is to eliminate the electrical contribution to the friction factor by applying the electrical potential to the pipe wall which balances the build-up of the electrical charges in the pipe wall. In the preferred embodiment, this is accomplished by connecting one polarity from the DC generator to the pipe wall downstream of the unit and the other polarity to the insulated pipe section. A positive electric field corresponds to connecting the positive polarity from the generator to the pipe wall 5 and the negative polarity to the insulated pipe part 4.

Det påførte elektriske potensiale er nær men ikke lik korrosjonspotensialene. Et antall forskjellige korrosjonspotensialer for forskjellige materialer i sjøvann er gitt i tabell 1 [4]. Fra tabellen ser man at korrosjonspotensialet er i området 0 til -1 V. Eksperimenter utført av oppfinneren indikerer en avhengighet av Reynolds-tallet, men den eksakte naturen til oppbygning av den elektriske ledningen på rørveggene er i dag ikke kjent. Eksperimenter indikerer imidlertid at det påførte potensialet bør være i størrelsesorden + 1,5 V. For ferskvann som strømmer i stålrør anvendt ved hydroelektriske kraftstasjoner, bør det elektriske potensialet være i området 550-650 mV, og for olje som strømmer i de samme stålrørene i området 100-150 mV. Alle potensialer er relativt til standard calomel elektrode SCE. Oppfinnelsen kan anvendes for strømninger med Reynolds-tall i området 1 til 5000000, og for alle typer fluider slik som ferskvann, sjøvann, olje, gasser, pulvere og en blanding av én eller flere av disse i enkelt- eller flerfase. The applied electrical potential is close to but not equal to the corrosion potentials. A number of different corrosion potentials for different materials in seawater are given in table 1 [4]. From the table it can be seen that the corrosion potential is in the range 0 to -1 V. Experiments carried out by the inventor indicate a dependence on the Reynolds number, but the exact nature of the build-up of the electric line on the pipe walls is not known today. However, experiments indicate that the applied potential should be of the order of + 1.5 V. For fresh water flowing in steel pipes used in hydroelectric power stations, the electric potential should be in the range of 550-650 mV, and for oil flowing in the same steel pipes in the range 100-150 mV. All potentials are relative to standard calomel electrode SCE. The invention can be used for flows with a Reynolds number in the range 1 to 5,000,000, and for all types of fluids such as fresh water, sea water, oil, gases, powders and a mixture of one or more of these in single or multi-phase.

Eksperimentell verifikasjon Experimental verification

For å verifisere effekten av det påførte elektriske potensialet, ble det anvendt en eksperimentrigg slik som den gitt i fig. 5. Ferskvann strømmer fira en holdetank, gjennom et rør av rustfritt stål med 50 mm i diameter og ned i en oppsamlingstank. Lengden på stålrøret etter den isolerte delen var 17,5 meter og fallene var 8 meter. Den isolerte rørdelen bir plassert ca. 1,5 meter etter innløpet (utløpet fra holdetanken). Vannet i samletanken ble pumpet gjennom et separat rør tilbake til holdetanken slik at strømmen utgjorde en lukket sløyfe. In order to verify the effect of the applied electric potential, an experimental rig such as that given in fig. 5. Fresh water flows from a holding tank, through a stainless steel pipe with a diameter of 50 mm and into a collection tank. The length of the steel pipe after the insulated part was 17.5 meters and the falls were 8 metres. The insulated pipe part is placed approx. 1.5 meters after the inlet (the outlet from the holding tank). The water in the collection tank was pumped through a separate pipe back to the holding tank so that the flow formed a closed loop.

Vannstrømmen ble overvåket ved den isolerte rørdelen ved å måle gjennomsnittlig strømningshastighet, vanntemperatur, pH og elektrisk ledningsevne. I tillegg ble strømningens hastighetsprofil ved den nedre delen av røret ca. 1 meter før rørets utløp og trykktapet i strømningen langs røret målt. Strømningen ble også overvåket ved akustiske målinger. Et laser doppler anemometer ble anvendt for målinger av strømningens hastighetsprofil. De målte verdiene ble analysert ved multivariat kalibrering. Water flow was monitored at the insulated pipe section by measuring average flow rate, water temperature, pH and electrical conductivity. In addition, the flow velocity profile at the lower part of the pipe was approx. 1 meter before the outlet of the pipe and the pressure loss in the flow along the pipe measured. The flow was also monitored by acoustic measurements. A laser doppler anemometer was used for measurements of the flow's velocity profile. The measured values were analyzed by multivariate calibration.

Målingene viste at for en strømning med Reynolds-tall 50000, hadde det påførte elektriske potensialet effekt på strømningsmotstanden fra 50-100 mV (SCE). Alle andre spenninger ga ingen signifikant effekt. Korrosjonspotensialet ble målt til 55 mV (SCE). Et eksempel på effekten er vist i fig. 6, som viser den målte strømningshastighetsprofilen med og uten eksponering for et elektrisk potensial på +75 mV (SCE). Profilen er gitt fra rørveggen til midten av røret. Profilen uten eksponering til det elektriske potensialet er markert med referansetall 7 og profilen med eksponering med referansetall 8. Som det kan ses fra figuren, øker strømningshastighetene ved veggen og minker ved midtpartiet, men den overordnede effekten i dette tilfellet er en økning i gjennomsnittlig strømningshastighet på 2,3 %. I andre eksperimenter er økning i gjennomsnittlig strømningshastighet på mer enn 5 % blitt observert. The measurements showed that for a flow with a Reynolds number of 50000, the applied electric potential had an effect on the flow resistance of 50-100 mV (SCE). All other voltages produced no significant effect. The corrosion potential was measured at 55 mV (SCE). An example of the effect is shown in fig. 6, showing the measured flow velocity profile with and without exposure to an electrical potential of +75 mV (SCE). The profile is given from the pipe wall to the center of the pipe. The profile without exposure to the electric potential is marked with the reference number 7 and the profile with exposure with the reference number 8. As can be seen from the figure, the flow velocities increase at the wall and decrease at the middle part, but the overall effect in this case is an increase in the average flow velocity of 2.3%. In other experiments, increases in mean flow rate of more than 5% have been observed.

Det bør bemerkes at det er en tidsavhengighet i dette systemet, og at effekten kan ta noe tid før den blir synlig. For denne riggen tok det 20 min. før effekten begynte å bli synlig og nesten 1,5 time før den nådde sitt maksimum. It should be noted that there is a time dependency in this system, and that the effect may take some time before it becomes visible. For this rig it took 20 min. before the effect started to become visible and almost 1.5 hours before it reached its maximum.

Selv om oppfinnelsen har blitt beskrevet som et eksempel på ferskvann som strømmer i et rustfritt stålrør, skal det forstås at oppfinnelsen omfatter en generell fremgangsmåte for å fjerne det elektriske bidraget til friksjonsfaktoren for alle strømninger, inkludert partikkelstrømninger. Oppfinnelsen er heller ikke begrenset til spesifikke anvendelser men er beregnet for alle applikasjoner hvor tap av fluidtrykk i rør/kanaler utgjør et problem. Although the invention has been described as an example of fresh water flowing in a stainless steel pipe, it should be understood that the invention encompasses a general method for removing the electrical contribution to the friction factor for all flows, including particle flows. The invention is also not limited to specific applications but is intended for all applications where loss of fluid pressure in pipes/ducts constitutes a problem.

Referanser References

1) Gerhart, P.M. and Gross, R.J. "Fluid Mechanics", Addison-Wesley, Reading Mass., 1985. 2) Masséy, B.S., "Mechanics of fluids", Van Nostrand Reinhold, London, 1989. 3) Bockris, J.O.M., Bonciocat, N., and Gurmann, F., "An introduction to electrochemical science", Wykeham, London, 1974. 4) Delinder, van L.S., "Corrosion basics", National Association of Corrosion Engineers, Houston, Texas, 1984. 1) Gerhart, P.M. and Gross, R.J. "Fluid Mechanics", Addison-Wesley, Reading Mass., 1985. 2) Masséy, B.S., "Mechanics of fluids", Van Nostrand Reinhold, London, 1989. 3) Bockris, J.O.M., Bonciocat, N., and Gurmann, F ., "An introduction to electrochemical science", Wykeham, London, 1974. 4) Delinder, van L.S., "Corrosion basics", National Association of Corrosion Engineers, Houston, Texas, 1984.

Claims

1. Method for reducing flow resistance in pipes/channels by applying a direct current (DC) electric potential to the pipe/channel wall to remove the electric contribution to the friction factor coming from the electric double layer, where the applied direct current potential is regulated by a control unit which is fed with information from measured fluid properties, characterized by the fact that the applied direct current potential is constantly regulated so that the applied direct current potential has exactly the same strength but opposite polarity as the potential of the double layer which is due to the build-up of electric charges on the wall from interactions between the flowing fluid and the wall material.

2. Procedure according to claim 1, characterized in that the control unit is fed with information of measured fluid properties upstream of the part of the pipe/duct that is exposed to the direct current field, and that the measured fluid properties can be one or more of the properties according to the group consisting of average flow rate, corrosion potential, pH, concentration of specific ions in the fluid, electrical conductivity, pressure and temperature.

3. Procedure according to claim 1 or 2, characterized in that the direct current potential is in the range -1.5 to +1.5 V (saturated calomel electrode, SCE).

4. Procedure according to requirements 1-3, characterized by the fact that when steel pipes of the type used in hydroelectric power stations and fresh water are used, the direct current potential is in the range 550-650 mV (SCE), and for oil flowing in the same type of pipe in the range 100-150 mV (SCE).

5. Procedure according to claims 1-3, characterized in that for fresh water flowing in stainless steel, the direct current potential is in the range 50-100 mV (SCE).

6. Procedure according to requirements 1-3, characterized in that for fresh water flowing in stainless steel, the DC electric potential is 75 mV (SCE).

7. Procedure according to requirements 1-6, characterized in that the flow is a pure fluid in gaseous or liquid form, a colloidal fluid, a fluid containing inclusions in the form of particles, a mixture of several fluids in single or multiphase, or a mixture of one or more of these.

8. Procedure according to requirements 1-6, characterized in that the flow is a flow of particles.

9. Method according to claims 1-7, characterized in that the flow can have a Reynolds number in the range 1-5000000.

10. Apparatus for carrying out the method given in claims 1-9, characterized in that an electric direct current generator is connected with one polarity to the electrically isolated part (4) of the pipe/channel wall and the other polarity to the part (5) of the pipe which is downstream for the isolated part, and that the electric direct current generator is regulated by a control unit (1) which is fed by measurements of the fluid properties upstream of the part that is exposed to the electric direct current potential.

11. Apparatus according to claim 10, characterized in that the control unit (1) is fed with one or more of the fluid properties contained in the group which includes average flow rate, corrosion potential, pH, concentration of specific ions in the fluid, electrical conductivity, pressure and temperature.