输气管道泄漏瞬态仿真分析

针对气体管道可能发生的泄漏工况,基于气体管道瞬变流动模型,结合泄漏边界条件,采用数值解法仿真得到泄漏后管道任一位置压力流量随时间的变化,并通过模型法对泄漏位置实时计算。结果表明：未泄漏稳态计算时,公式法和模型法的计算结果基本相同。管道泄漏后会产生负压波,导致全线压力降低,泄漏点上游流量增大,下游流量减小。压力波先后传播到管道首末端,在传播到管道首末端时会发生反射,随着压力波反射次数的增加,管内压力和流量会逐渐达到稳定状态。气体管道发生泄漏后,压力波向上下游传播,在各点产生的压力波幅呈指数规律衰减。利用管道泄漏后稳定状态时的起终点压力和流量结果计算得到的定位结果与真实值更接近。     

管道H_2/空气爆燃流场和动态响应的计算研究

针对反应堆热交换器安全问题,对管道H2/空气爆燃和结构动力学响应进行了数值研究.基于MPI模型和分块求解,利用迎风TVD格式求解多组元带化学反应N-S方程得到了H2/空气爆燃流场.化学源项采用点隐处理,数值点火模型是在指定空间和时间内注入能量CpΔT,用12组元/23反应描述H2/空气反应机理,得到了不同时刻压力、OH质量分数等云图和指定点压力时间分布.基于解耦计算思想,将不同时刻管内壁面压力作为输入载荷,采用FEM求解Lagrange坐标系下的虚功原理,得到不同时刻管道应力、应变云图和指定点等效应力时间曲线.结果表明：本文计算条件下,管道头部点火后,冲击波在慢化剂室和外管组成的空间内不断反射,冲击波经过狭缝（宽2mm）未被所诱导的边界层耗散,即爆燃未熄灭.在狭缝出口处,冲击波和高温燃气射流在内管表面反射并出现重点火.冲击波在下游演化为平面波并在管道端面反射.当管内冲击波产生和传播时,外管、慢化剂壳体和内管产生了以更快速度传播的应力波.应力波在管体内外壁面反射,冲击波在下游传播方向和管道轴线一致,管道受力较小.慢化剂室顶面和侧面交线、下底面和内管连接处均出现应力集中,成为结构易受破坏区域.基于自编计算程序,该文提供了管内气体爆炸引起的管道结构安全的一种分析方法,所得结果和定性物理分析相符,但需作进一步的实验验证.     

管道内障碍物扰动对煤气爆炸特性影响的数值模拟

结合实验研究,采用迎风型WENO格式和两阶段化学反应模型就管道内障碍物对煤气/空气预混气体爆炸火焰的影响规律进行了数值研究,探讨了自管道右端面反射产生的压缩波与火焰传播的相互作用规律,得出了该反射波是造成火焰速度下降的原因.在此基础上,分析了障碍物对火焰的作用机理以及由此诱发的流场变化规律.结果表明,由于障碍物的加入,爆燃波发生多次反射,使得可燃混合气体得到充分压缩,温度和压力增加,化学反应速率提高,火焰强度得到加强.同时,从障碍物中传播出去的爆燃波经壁面反射后形成三波点,使得该处火焰速度升高,随着三波点的向前传播,由于能量的耗散,火焰速度逐渐下降.这些结论为爆炸场预估、防火防爆和爆轰推进中有效控制可燃气体的燃烧速率和火焰传播速度提供了重要的理论依据.     

基于瞬变流和故障检测的管线泄漏监测试验分析

根据动态系统分布参数模型的故障检测与诊断技术思想,结合管道流动的水力瞬变模型与适用于时变非线性系统的故障检测滤波器——扩展卡尔曼滤波算法,探讨了海底管道泄漏监测与定位技术.增广的状态向量包含管段各点的压力、流量和泄漏尺寸,进出口压力和流量4个参数组合成系统输入和输出向量,以卡尔曼增益阵修正由特征线结合差分法求解瞬变流离散方程得到的状态预测值,从而利用"新息"得出更准确的状态估计.在泄漏发生伊始即探测出异常,并给出泄漏发生时刻.基于压力梯度线性的假设计算泄漏位置,对一段试验水管的进出口压力流量测量序列进行上述分析,得出了与实际相当吻合的结果,初步验证了方法的有效性.     

在Matlab中分析基于小波变换的管道泄漏定位方法

采用分布式控制系统、负压波检测法,根据泄漏产生的瞬态压力信息传播到上、下游的时间差,以及管内压力波的传播速度,即可计算出泄漏点的位置;但由于工业现场的电磁干扰、输油泵振动等因素,使采集到的压力波形序列夹杂着大量噪声.要实现负压波准确定位,关键在于捕捉压力波形的奇异点,为此采用小波变换技术.阐述了基于小波变换的测漏原理及定位方法,并在Matlab中利用db小波分析验证.经过处理,图形可以在开始时产生较大的差值,以便准确判断泄漏时刻.     

输油管道泄漏信号去噪的研究

由石油管道泄漏引发的负压波传播到泄露点上游和下游的监测点时,会使该点的压力信号产生一个幅度较大的震荡,伴随震荡曲线将会产生一些噪声干扰。针对这一现象,将管道监测点采集到的压力信号,采用小波变换和中值滤波相结合的方法,在MATLAB软件环境下进行去噪仿真实验,最后得出该方法可以很好的去除负压波信号中的干扰。     

高压燃气管道破裂的定量风险分析

高压燃气管道破裂将会危及到破裂点附近的生命财产安全．管道泄漏率是分析和评价管道破裂事故的前提和基础，将复杂的泄漏率模型进行简化，由简化模型得到的计算值与复杂模型计算值之间的最大偏差为9．3％、基于该简化模型得到的气体喷射扩散模型，其计算值与复杂模型计算值之间的最大偏差为18％．管道发生火焰喷射时，其危险域的计算值与实际值之间的最大偏差只有4m．研究表明，管道破裂危险域是与气体泄漏率的1／2次方成正比，与输气压力的1／2次方成正比，与管径的5／4次方成正比，与破裂管长的1／4次方成反比．     

管道系统泄漏检测的瞬变水击压力波法

管道系统的泄漏影响着瞬变水击波波形的畸变和衰减特性,比较研究了两种阀门关闭激励速度对管道泄漏瞬变检测精度的影响.在此基础上,基于阀门部分快速关闭,提出管道系统泄漏检测的瞬变水击压力波法,即利用第一个瞬变压力波波形上的间断点时刻定位泄漏位置,间断点衰减幅值辨识泄漏量,并通过不计算管道内部计算断面的特征线法理论推导出了泄漏量参数与该衰减幅值之间的关系式.给出了该方法的检测步骤,并对该法进行了数值验证.仿真结果表明该方法简单、有效.     

改进BP神经网络在管道泄漏检测中的应用

管道泄漏检测和定位在管道的安全生产中占有重要的位置.本文将用小波包分解技术提取的管道泄漏检测系统特征信号作为神经网络的输入,建立管道运行状态的神经网络分类器,根据输出对管道的运行状态进行识别.利用小波变换特性提取压力传感器的信号奇异点,根据负压力波定位法对管道泄漏点定位,仿真结果验证了该方法的有效性.     

小波去噪和奇异性分析方法在输油管道泄漏检测中的应用

输油管道中存在的噪声影响了管道泄漏事故的判决,利用瞬态压力波定位泄漏点的关键是准确地确定瞬态压力波传播到管道始末两端的时间差,通过小波阈值去噪和信号奇异点分析方法,可以有效降低管道工况噪声对泄漏信号的干扰,提高瞬态压力波定位的精度.     

管道障碍物对连通容器内气体爆炸的影响

对管道内存在障碍物时的连通容器气体爆炸进行研究,与管道内没有障碍物时的情况进行对比,考察管道内障碍物的位置和内径对连通容器压力变化的影响,分析不同条件下连通容器内气体爆炸的压力变化规律。结果表明:管道内障碍物加速了连通容器内气体反应的进行,且随着管道障碍物内径的变大,传爆容器的燃爆压力峰值先变大后变小;改变障碍物的位置,障碍物离起爆容器越近,传爆容器越早到达燃爆压力峰值。传爆容器内气体爆炸产生的压力波在管道内经过障碍物时,压力波有一定程度的削弱。障碍物在连通容器爆炸过程中起的主要作用:增加气体扰动,增强湍流强度,从而加速反应;阻碍压力波传播,削弱压力波强度。     

基于Flowmaster的输水管道泄漏仿真模拟

输水管道泄漏事故时有发生,快速、准确地判断泄漏位置及泄漏量一直是研究的热点。运用Flowmaster仿真软件对输水管道泄漏过程进行模拟,研究了管内流体的瞬变特性,分析了有、无泄漏时,不同阀门关闭时间、泄漏孔大小、泄漏位置等参数对管道瞬变流动规律的影响。结果表明:入口流量以及阀门末端处压力受阀门关闭时间的影响较小;随着泄漏孔径的增大,上游流量和压力曲线的衰减速度逐渐加快,且峰值处二次突变幅值增大;泄漏位置受阀门距离的影响较大,距离越近,压力信号的幅值下降越迅速,衰减速度也会逐渐加快。该仿真结果可为瞬变流泄漏检测提供理论指导。     

利用瞬态正压波确定天然气管道冰堵位置

提出了利用管道水击过程中的正压波确定天然气管道冰堵位里的原理和方法。其原理为当管道堵塞时,在管道首端发出一正压波,正压波沿管道向下游传播遇堵塞物后反弹向首端传播,在管道首端可以获得两次正压波信息,通过采集管道首端压力信号,并利用小波变换法提取压力信号突变信息,获得正压波两次通过传感器的时间差,最后结合正压波波速确定管道冰堵位置。具有所需设备少,操作费用低,操作简单等优点,有着广阔应用前景。     

大落差管道下坡段不满流流动特性分析

根据流体力学原理，分析了大落差管道有不满流存在时的稳态和瞬态流动特性。阐明虽然不满流的存在对压力波的传递有抑制作用，且可节省减压站的投资，但由于气体空间的存在，使管道中的部分管段呈气液两相流特性，而两相流管道的压力波传播过程与单相流动有着相当大的差别．因此不满流的存在不便于全线的生产管理和运行控制，高峰后的管段对事故反应慢，难以对可能发生的管线泄漏事故进行报警、定位，汽袋会使再启动产生困难。文中给出了计算实例。     

基于对角递归网络的气体管道泄漏检测与定位的研究

利用对角递归网络能够描述非线性动态系统的特点，设计了用于气体管道泄漏检测定位的动态网络模型。网络的训练样本由管道各种工况下的压力、流量数据组成。试验结果表明，与传统的静态前馈神经网络模型相比，本研究建立的网络能更好的反映气体在管遵中的流动特性，实现气体管道的泄漏检测与定位。     

气体泄漏量超声检测理论分析及实验

探讨了小孔泄漏气体噪声频谱中某一频段声压级与雷诺数之间的函数关系.通过该函数关系,测量某一频段的声压级得到雷诺数,进而求出泄漏气体质量流量.实验结果表明,理论计算值与实测值基本吻合.该研究结果对于测量管道气体泄漏量具有一定意义.     

应力波法在输油管道检漏系统中的应用

介绍了应力波法在输油管道泄漏检测系统中的应用。在不法分子凿击输油管道的过程中或输油管道由于自然原因突然发生泄漏时,产生的应力波会沿着管道向两端传播,利用管道两端的传感器采集应力波信号,并进行小波去噪,然后根据应力波到达两个传感器的时间差对冲击激励点进行定位。实验测试与实际运行结果表明,本检测系统定位平均误差小于0．22m,判断准确率高达90％以上,能够较准确检测输油管道的泄源点。     

正常工况和泄漏工况下的管内天然气流动研究

依据物体运动普遍适用的守恒定律,建立了天然气流动基本控制方程.针对天然气管道正常工况,利用特征线法推导了基本控制方程对应的差分方程,给出正常工况瞬态下的天然气管道沿线压力和流量的计算方法.并且根据天然气流动的运动方程和能量方程,给出了正常工况稳态下的天然气管道沿线压力和温度分布;针对天然气管道泄漏工况,同样利用特征线法推导出相应的差分方程,给出泄漏工况瞬态下的天然气管道沿线压力和流量的计算方法.并且推导研究了在泄漏工况稳态下天然气管道泄漏量的计算方法.     

变截面管道对瓦斯爆炸特性影响的数值模拟

以气体爆炸理论为基础,利用高精度的加权本质无振荡(WENO)格式对变截面管道中的瓦斯爆炸进行了数值模拟,探讨了变截面管道对瓦斯爆炸火焰传播的影响规律,得到了变截面管道造成瓦斯爆炸强度增大的结论. 在此基础上,分析了障碍物、壁面和三波结构对瓦斯二次爆炸的影响. 结果表明,经壁面反射后的激波和三波点的碰撞都能够诱导二次爆炸的产生. 这些结论为瓦斯爆炸的预防、安全评估和防火防爆提供了重要的理论依据.     

基于鲸鱼优化算法的变分模态分解和改进的自适应加权融合算法的管道泄漏检测与定位方法

针对管道泄漏检测与定位方法存在负压波传播衰减、噪声干扰大、数据融合率低等3种问题,提出了基于鲸鱼参数优化(Whale Optimization Algorithm, WOA)的变分模态分解(Variational modal decomposition, VMD)和改进的自适应加权融合算法(Improved Adaptive Weighted Fusion, IAWF)的管道泄漏检测与定位方法。该方法提出了三传感器泄漏检测与定位模型,并利用抗干扰能力强的WOA-VMD算法对原始信号进行消噪处理；然后采用小波分析求消噪信号的奇异点,进一步求出压力变送器检测到负压波信号的时间差；在此基础上,利用改进的自适应加权融合算法对多传感器数据进行融合,最终求得泄漏点的实际位置。实验结果表明:该方法可以有效地滤除噪声分量,能获得更精确的融合结果,定位精度高,相对定位误差可以控制在1%以内,为管道泄漏检测与定位提供了一种新方法。