基于负压波的气体管道泄漏检测定位精度影响因素研究

摘要

管道运输系统在我国国民经济发展中起着越来越重要的作用，及时发现管道泄漏、精确确定泄漏孔位置对减少经济损失、维护管道安全运行具有重要意义。基于负压波的管道泄漏检测与定位不需要建立管道数学模型、成本低、效率高，适用于发生快速、突发性泄漏的场合，因而成为近年来研究的热点。本文在理论分析、仿真计算和实验研究的基础上对管道泄漏孔定位精度的影响因素进行了研究。
　　基于负压波的管道泄漏检测与定位的基本原理，分析了管道泄漏孔定位精度的主要影响因素，推导了管道沿线的压力分布、温度分布以及管道内气体流速和负压波传播速度的解析公式，提出了改进的泄漏孔定位算法，编制了用于泄漏孔定位的图形界面。
　　建立了管道内气体流动的数值计算模型，得到了二维瞬态对流扩散问题的离散方程式，应用计算流体力学中的FLUENT软件对等温管道和非等温管道的泄漏进行了仿真分析，验证了管道内气体流速、压力、密度、温度等沿管线的变化以及管道发生泄漏后首末端压力、流量的变化规律，对传统定位算法和改进定位算法的定位结果进行了对比分析。以泄漏孔位置、泄漏孔孔径、周围环境温度及管道壁面粗糙度为参数，对不同参数下的管道泄漏进行了仿真，分析了各参数对管道泄漏检测与定位的影响情况。
　　搭建了气体管道泄漏检测与定位的实验平台，运用多尺度小波分析的方法提取管道泄漏信号的奇异点，对不同位置的管道泄漏进行实验验证，结果表明改进定位算法的定位结果优于传统定位方法，从而验证了改进定位算法的正确性。

目录

基于负压波的气体管道泄漏检测定位精度影响因素研究

STUDY ON PRECISION-INFLUENCING FACTORS OF GAS PIPELINE LEAK DETECTION AND LOCATION BASED ON NEGATIVE PRESSURE WAVE

摘 要

Abstract

目 录

第1章 绪论

1.1 课题研究背景和意义

1.2 管道泄漏检测技术的国内外研究现状

1.2.1 直接检测法研究现状

1.2.2 间接检测法研究现状

1.3 计算流体力学概述

1.3.1 计算流体力学简介

1.3.2 求解流体流动问题的数值计算方法

1.3.3 常用CFD分析软件

1.4 本课题主要研究内容

第2章 基于负压波的气体管道泄漏检测与定位

2.1 负压波法泄漏检测与定位原理

2.2 泄漏孔定位精度的主要影响因素

2.2.1 管道长度

2.2.2 管道内气体流速

2.2.3 管道内负压波传播速度

2.2.4 负压波传播到管道首末两端时间差

2.3 定位算法的改进

2.3.1 管道沿线压力分布

2.3.2 管道沿线温度分布

2.3.3 泄漏孔定位算法的改进

2.3.4 基于图形界面的泄漏孔定位

2.4本章小结

第3章 气体管道泄漏的仿真研究

3.1 管道内气体流动的数值计算模型

3.1.1 流体动力学控制方程

3.1.2 控制方程的通用形式

3.1.3 基于有限体积法的控制方程离散

3.2 管道泄漏仿真模型的建立

3.2.1 模型的建立和网格划分

3.2.2求解器的选择

3.2.3湍流模型的选择

3.2.4 边界条件的设置

3.2.5时间步长的选择

3.3 管道泄漏瞬变过程的仿真分析

3.3.1 等温管道泄漏的仿真分析

3.3.2 非等温管道泄漏的仿真分析

3.4 本章小结

第4章 气体管道泄漏检测与定位的影响因素研究

4.1 泄漏孔孔径和位置对泄漏检测与定位的影响研究

4.1.1 泄漏孔位置不同时管道首末端压力和流量的变化规律

4.1.2 泄漏孔孔径不同时管道首末端压力和流量的变化规律

4.1.3 泄漏孔孔径和位置对泄漏孔定位误差的影响

4.2 管道周围环境温度对泄漏检测与定位的影响研究

4.2.1 不同环境温度下管道沿线的温度分布

4.2.2 环境温度对泄漏孔定位误差的影响

4.3 管道内壁粗糙度对泄漏检测与定位的影响研究

4.3.1 粗糙度定义及其影响分析

4.3.2 粗糙度对定位误差的影响

4.4 管道节流口对泄漏检测与定位的影响研究

4.5 本章小结

第5章 气体管道泄漏检测与定位实验研究

5.1 管道泄漏检测与定位实验平台的建立

5.1.1 实验平台硬件的设计

5.1.2 实验平台软件的设计

5.2 基于小波变换的信号奇异点的检测

5.2.1 小波变换的基本原理

5.2.2 多尺度小波分析

5.2.3 信号奇异性检测

5.3 实验结果及分析

5.4 本章小结

结 论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明

哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书

致 谢