НАУКОВІ ЗАСАДИ ГЕНЕРАЦІЇ ВІДТВОРЮВАНИХ ЗНАЧЕНЬ ПОТЕНЦІАЛУ ПРОТІКАННЯ ТЕХНОЛОГІЧНИХ РІДИН КАПІЛЯРНИМИ ПЕРВИННИМИ ПЕРЕТВОРЮВАЧАМИ
DOI:
https://doi.org/10.31471/1993-9981-2026-1(56)-88-103Ключові слова:
електрокінетичні явища, подвійний електричний шар, експрес-контроль якості, ламінарна течія, гідродинамічна подібністьАнотація
У статті розроблено та експериментально обґрунтовано наукові засади генерації відтворюваних значень потенціалу протікання технологічних рідин капілярними первинними перетворювачами для задач експрес-контролю їх якості в нафтогазовій і суміжних галузях. Актуальність дослідження зумовлена обмеженнями традиційних методів визначення якісних показників технологічних рідин, зокрема вмісту в них води, щодо оперативності, вартості і придатності до автоматизації. Метою роботи є встановлення кількісно обґрунтованих критеріїв вибору геометричних параметрів прямого капіляра на основі аналізу та узагальнення фізичної і математичної моделей електрокінетичного явища потенціалу протікання. У роботі системно пов’язані умови формування відтворюваних значень потенціалу протікання з параметрами гідродинамічної подібності течії, зокрема критерієм Рейнольдса, та геометричними характеристиками капіляра. Встановлено, що відтворювані значення потенціалу протікання формуються за умов гідродинамічної подібності течій і забезпечення достатньої довжини капіляра, яка перевищує довжину ділянки гідродинамічної стабілізації не менш ніж у (1,2–1,5) рази. Обґрунтовано доцільність використання капілярів із радіусом, більшим за товщину подвійного електричного шару, що дозволяє зменшити вплив поверхневої провідності і забезпечити стабільність результатів вимірювань. Запропоновано гіпотезу про існування трьох характерних ділянок течії рідини в капілярі – гідродинамічної стабілізації, електрокінетичної стабілізації та усталеного режиму генерації потенціалу протікання. Отримані результати створюють науково обґрунтовану основу для вдосконалення інформаційно-вимірювальних систем експрес-контролю якості технологічних рідин за методом потенціалу протікання шляхом оптимізації геометричних і гідродинамічних параметрів капілярних первинних перетворювачів, що забезпечує підвищення відтворюваності, точності та надійності вимірювань.
Завантаження
Посилання
1. Mitchell, R. F., & Miska, S. Z. (2011). Fundamentals of drilling engineering. Society of Petroleum Engineers.
2. Boiko, V. S. (2008). Rozrobka ta ekspluatatsiia naftovykh rodovyshch: pidruchnyk [Development and operation of oil fields: Textbook] (4th ed.). Mizhnarodna Ekonomichna Fundatsiia. (in Ukrainian)
3. Kondrat, R. M., Kondrat, O. R., & Matiishyn, L. I. (2023). Rozrobka ta ekspluatatsiia hazovykh i hazokondensatnykh rodovyshch: pidruchnyk [Development and operation of gas and gas condensate fields: Textbook]. Foliant. (in Ukrainian)
4. Boiko, V. S., Kondrat, R. M., & Yaremiichuk, R. S. (Eds.). (1996). Dovidnyk z naftohazovoi spravy [Handbook of oil and gas engineering]. Lviv. (in Ukrainian)
5. Lyons, W. C., Plisga, G. J., & Lorenz, M. D. (Eds.). (2016). Standard handbook of petroleum and natural gas engineering (3rd ed.). Gulf Professional Publishing.
6. Lipps, W. C., Braun-Howland, E. B., & Baxter, T. E. (Eds.). (2023). Standard methods for the examination of water and wastewater (24th ed.). American Public Health Association; American Water Works Association; Water Environment Federation.
7. Dorozhovets, M. M., Ivakh, R. M., & Motalo, V. P. (2012). Metrolohiia ta vymiriuvannia: navchalnyi posibnyk [Metrology and measurements: Educational manual] (B. I. Stadnyk, Ed.). Lviv Polytechnic National University. (in Ukrainian) Наукові засади генерації відтворюваних значень … 102 Методи та прилади контролю якості, 2026, № 1(56)
8. Lipták, B. G., & Venczel, K. (Eds.). (2017). Instrument and automation engineers’ handbook: Volume I: Measurement and safety (5th ed.). CRC Press.
9. Fraden, J. (2016). Handbook of modern sensors: Physics, designs, and applications (5th ed.). Springer International Publishing.
10. Jin, Y., Zheng, X., & Chi, Y. (2014). Experimental study and assessment of different measurement methods of water in oil sludge. Drying Technology, 32(3), 251–257. https://doi.org/10.1080/07373937.2013.811251
11. ASTM International. (2025). ASTM D4944-25. Standard test method for field determination of water (moisture) content of soil by the calcium carbide gas pressure tester. https://doi.org/10.1520/D4944-25
12. Dietzel, M., & Hardt, S. (2017). Flow and streaming potential of an electrolyte in a channel with an axial temperature gradient. Journal of Fluid Mechanicsfactory, 813, 1060–1111. https://doi.org/10.1017/jfm.2016.844
13. Fan, B., & Bandaru, P. R. (2020). Possibility of obtaining two orders of magnitude larger electrokinetic streaming potentials, through liquid infiltrated surfaces. Langmuir, 36(34), 10238–10243. https://doi.org/10.1021/acs.langmuir.0c01771
14. Zhang, X., Zhao, M., & Wang, K. (2021). Experimental study on the streaming potential phenomenon response to compactness and salinity in soil–rock mixture. Water, 13(15), Article 2071. 1–20. https://doi.org/10.3390/w13152071
15. Soldi, M., Jougnot, D., & Guarracino, L. (2019). An analytical effective excess charge density model to predict the streaming potential generated by unsaturated flow. Geophysical Journal International, 216(1), 380–394. https://doi.org/10.1093/gji/ggy391
16. Huang, S., Rahmani, A. M., Singletary, T., & Colosqui, C. E. (2020). Molecular dynamics and continuum analyses of the electrokinetic zeta potential in nanostructured slit channels. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 603, Article 125100. 1–12. https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2020.125100
17. Fiorentino, E.-A., Toussaint, R., & Jouniaux, L. (2017). Two-phase Lattice Boltzmann modelling of streaming potentials: influence of the air–water interface on the electrokinetic coupling. Geophysical Journal International, 208(2), 1139–1156. https://doi.org/10.1093/gji/ggw417
18. Kozak, O. F. (2008). Vyznachennia osnovnykh heometrychnykh parametriv kapiliarnoi systemy dlia doslidnoho формування усталеного значення потенціалу протікання [Determination of the main geometric parameters of the capillary system for experimental formation of a steady value of the streaming potential]. Scientific Bulletin of Ivano-Frankivsk National Technical University of Oil and Gas, (1), 109–115. https://nv.nung.edu.ua/index.php/nv/article/view/101 (in Ukrainian)
19. Newman, J. S., & Thomas-Alyea, K. E. (2004). Electrochemical systems (3rd ed.). John Wiley & Sons.
20. Kozak, O. F. (2010). Vyznachennia yakosti rozchynu dyetylenhliokoliu za metodom potentsialu protikannia [Determination of diethylene glycol solution quality by the streaming potential method]. Methods and Instruments of Quality Control, (1), 40–45. https://mpky.nung.edu.ua/index.php/mpky/article/view/97 (in Ukrainian)
21. Kozak, O. F. (2012). Teoretychni osnovy efektu elektrokynetychnoho halmuvannia filtratsii vuhlevodniv cherez porody-kolektory [Theoretical foundations of the electrokinetic braking effect of hydrocarbon filtration through reservoir rocks]. Methods and Instruments of Quality Control, (2), 56–61. https://mpky.nung.edu.ua/index.php/mpky/article/view/55 (in Ukrainian)
22. Schlichting, H., & Gersten, K. (2017). Boundary-layer theory (9th ed.). Springer. Козак Методи та прилади контролю якості, 2026, № 1(56) 103
23. Watanabe, T., & Katagishi, Y. (2006). Deviation of linear relation between streaming potential and pore fluid pressure difference in granular material at relatively high Reynolds numbers. Earth Planets Space, 58(8), 1045–1051. https://doi.org/10.1186/BF03352609
24. Arkes, J. (2025). Regression analysis: A practical introduction (3rd ed.). Routledge
.png)
