压力管道泄漏模型的实验室研究

论文摘要

基于相似理论,在实验室建立气、液管道泄漏实验模型——江苏工业学院油气储运安全实验装置;运用量纲分析法,推导出相似准数和准则方程,并对相似准则进行相似性验证,结果表明模型基本符合相似要求。为消除气、液管道压力传感器上存在的系统误差,实验前对压力传感器进行校准,分析计算出系统误差;通过调节球阀,控制管道的工作状态,待工作稳定后,再通过调节4个泄漏阀的多种组合,模拟管道泄漏的不同组合;通过计算机自动采样系统记录实验数据,在线输出曲线图,可定性检测泄漏,并为定量分析泄漏提供数据来源。根据水击理论中的负压波产生机理,分析负压波泄漏检测定位原理和误差产生原因;在实验室气体管道上,模拟城市供气管道试验;运用相关分析法和MATLAB编程法,求解延时数和采样时间间隔,并对管道泄漏进行定位,结论表明该方法定位精度较高。利用小波变换的多分辨率分解和重构技术,对管道泄漏时产生的负压波信号进行消噪处理;分析小波变换模极大值与信号奇异性之间的关系,准确地捕捉到消噪后的负压波信号的突变点,进一步验证泄漏检测定位的准确性;根据采样定理,选择Delphi程序语言,编写了新的数据采集模块,采样数据表明该模块提高了采样频率,获得较满意的效果。应用流体力学理论中的状态方程、等熵方程、连续性方程和机械能守恒方程,推导出气、液管道小孔泄漏的数学表达式;设计气、液管道小孔泄漏试验,通过实验数据分析,对孔流系数进行修正,证明管道泄漏与主要影响因素(管道压力和泄漏面积)之间存在线性关系。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 管道运输发展现状
• 1.1.2 管道运输存在的问题和研究意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.3 管道泄漏检测方法综述
• 1.3.1 各类方法
• 1.3.2 管道泄漏检测与定位方法简介
• 1.3.3 管道泄漏检测与定位方法的性能指标
• 1.4 论文的研究内容和方法
• 1.4.1 研究内容
• 1.4.2 研究方法
• 1.5 论文的关键问题
• 2 模型设计的相似理论
• 2.1 相似的基本概念
• 2.1.1 量纲理论
• 2.1.2 几何相似
• 2.1.3 物理量相似
• 2.1.4 相对性方程
• 2.1.5 现象相似
• 2.2 相似理论的三大定律
• 2.2.1 相似第一定律
• 2.2.2 相似第二定律
• 2.2.3 相似第三定律
• 2.3 量纲分析法导出相似准则
• 2.3.1 π定理
• 2.3.2 导出过程步骤
• 3 实验模型的设计与构造
• 3.1 实验模型的设计规则
• 3.1.1 实验模型的设计思想
• 3.1.2 实验模型的设计原则
• 3.1.2.1 相似性原则
• 3.1.2.2 有效性原则
• 3.1.2.3 简单性原则
• 3.1.2.4 多面性原则
• 3.2 实验模型
• 3.2.1 实验模型的组成
• 3.2.2 实验模型的功能
• 3.3 确定模型中的相似关系
• 3.3.1 几何相似
• 3.3.2 气、液管道泄漏模型中的相似关系
• 3.3.3 相似准数的核算
• 3.3.4 准则方程的确定
• 4 管道模型试验
• 4.1 气体试验
• 4.1.1 气体管道压力传感器的误差
• 4.1.2 气体管道阀门的控制作用
• 4.1.2.1 球阀对进口流量传感器的控制作用
• 4.1.2.2 球阀对出口流量传感器的控制作用
• 4.1.3 气体管道泄漏组合试验
• 4.2 液体试验
• 4.2.1 液体管道压力传感器的误差
• 4.2.2 液体管道阀门的控制作用
• 4.2.3 液体管道泄漏组合试验
• 5 基于负压波的相关分析应用研究
• 5.1 负压波泄漏检测及定位
• 5.1.1 负压波的产生机理
• 5.1.2 负压波泄漏检测及定位原理
• 5.1.3 负压波法的误差分析
• 5.1.4 负压波传播速度的分析
• 5.2 相关分析法的理论基础
• 5.2.1 自相关分析
• 5.2.2 互相关分析
• 5.3 模拟城市供气管道试验
• 5.3.1 实验目的
• 5.3.2 实验方案
• 5.4 实验的相关分析
• 5.4.1 延时数n 的确定
• 5.4.2 采样间隔Δt 的确定
• 5.4.3 泄漏点的确定
• 6 小波分析在实验管道模型泄漏中的应用研究
• 6.1 小波变换的基本理论
• 6.1.1 小波变换的思想来源
• 6.1.1.1 傅立叶变换
• 6.1.1.2 短时傅立叶变换
• 6.1.1.3 小波变换的由来
• 6.1.1.4 傅立叶变换和小波变换的比较
• 6.1.2 连续小波变换
• 6.1.3 离散小波变换
• 6.1.4 多尺度分析
• 6.2 小波变换在管道泄漏信号中的消噪处理
• 6.2.1 管道泄漏信号中的噪声来源
• 6.2.2 小波变换消噪原理
• 6.2.3 阈值函数
• 6.2.4 小波变换对管道泄漏信号的消噪处理
• 6.3 小波变换对管道泄漏信号的检测与定位
• 6.3.1 信号奇异性检测原理
• 6.3.2 小波变换模极大值与李普西指数的关系
• 6.3.3 小波变换对管道泄漏的检测与定位
• 6.4 改进的实验程序
• 7 实验管道模型的泄漏
• 7.1 气体管道泄漏
• 7.1.1 气体管道泄漏模型的数学描述
• 7.1.2 气体管道泄漏速度测定试验
• 7.1.3 气体管道泄漏速度测定的数据分析
• 7.2 液体管道泄漏
• 7.2.1 液体管道泄漏模型的数学描述
• 7.2.2 液体管道泄漏速度测定试验
• 7.2.3 气体管道泄漏速度测定实验数据分析
• 8 结论与展望
• 8.1 结论
• 8.2 展望
• 参考文献
• 攻读学位期间的研究成果
• 致谢