基于非恒定摩阻的输水管道泄漏检测数值模拟及试验研究

发布时间：2020-03-26 23:13

【摘要】：由于管道本身的老化、人为操作等诸多原因,泄漏事故频有发生,如果不能及时地对泄漏进行辨识和定位,会造成资源浪费和经济损失,为了解决这类问题,管道的泄漏检测和定位技术应运而生。基于瞬变模型检测方法,对泄漏管道的瞬变流动规律进行了模拟和试验研究,主要研究内容和结论如下:(1)在对泄漏管道的仿真模拟中,由于恒定摩阻模型无法精细描述泄漏时瞬变水击压力波的畸变和衰减过程,因此本文建立了考虑非恒定摩阻的管道瞬变流模型,采用特征线法对管道的泄漏瞬变过程进行了编程模拟,对比了有无泄漏时非恒定摩阻对管内水力参数变化规律的影响,并对泄漏管道在不同泄漏量和不同泄漏位置时进行了数值分析。模拟结果表明采用非恒定摩阻的模拟结果与试验数据更为吻合;泄漏点的存在会导致压力信号产生一个瞬间压降,且该压降位置和大小随泄漏流量和泄漏位置的变化而有所不同。(2)针对管道中带有弯头的情况,借助Flowmaster软件仿真模拟了直管、以及带90°、180°弯管的管道在不同工况时管内压力、流量变化情况。仿真结果显示,阀门关闭时间越短,管内的响应曲线变化越清晰,越有利于泄漏的检测;有弯头存在时,曲线幅值位置的突变会加剧;另外,阀门处压力曲线的瞬时突降位置与泄漏位置相关,而压降的大小与和泄漏孔径相关。(3)试验中采用快速关闭管道末端阀门的水击法,产生瞬变流,采集得到了无泄漏、不同泄漏位置和不同泄漏孔径时的管内压力响应曲线,分析得到了不同工况下的管道瞬变特性规律,为泄漏的检测和定位提供了试验支持。试验结果证实了:泄漏位置距离阀门越近、泄漏孔径越大,压力信号的衰减速度越快,其幅值快速下降。总的来说,泄漏对管道的影响主要体现在阀门处压力信号上,因此,可以根据管道末端阀门处的压力变化情况对泄漏进行判断。
【图文】：

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-两条特征线对(2-28)式进行积分，，可得方程为：图2-3 特征线法插值网格Fig. 2-3 Interpolated grid of MOC220(1 ) 2(1 )02P P PR R RP P PB B BH Q tH Q tH Q tH Q ta faQ QdH dQ dtgA k D gAa k faQ QdH dQ dtgA D gA (2.29)令22a fa tB RgA gA D = ，，01 =PC k， Q Q Q Q，进一步化简上式有：1 1 11 1 0 11 1 11 0 1 1: ( ) / =0: ( ) 0j j j j j ji Ri i Ri i Rij j j j ji i i i i iC H H B Q Q R C Q QC H H BC Q Q RQ Q (2.30)其中上式中 R 点的压力水头11jRiH 和流量参数11jRiQ 可以由 A、C 两点线性插值得到：( )( )1 1 11 1 01 1 11 1 0//j j jRi i ij j jRi i iH H kH CQ Q kQ C (2.31)令1 1 1 1 1 11 1 1 2 0 1 1 1 0 1 2 0 1= = / = =j j j j j jRi Ri Ri i i iA H BQ A B R C Q D H BC Q D BC R Q ，，，

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从而降低检测精度，引起泄漏的误判。基于此，本节对非恒定摩阻对水击瞬变过程的进行了模拟，并对下游(阀门末端)压力进行了分析。图3-2 管道泄漏示意图Fig.3-2 Pipeline leakage diagram3.2.1 非恒定摩阻对管道泄漏瞬变流动的影响取 Brunone 系数 k 值分别为 0、0.01、0.03，对该模型在无泄漏以及有泄漏两种状态下的水击瞬变过程进行模拟，并对下游(阀门末端)压力瞬变过程进行分析，其中压力值选取的是最后一个节点的参数值，所得到压力响应结果如图 3-2 所示。0 4 8 12 16-40-20020406080100时间t/s无泄漏时阀门末端压力H/mk=0 k=0.01 k=0.03(a)无泄漏时 Brunone 系数 k 对阀门末端压力变化的影响0 4 8 12 16-40-20020406080100泄漏时阀门末端压力H/m时间t/sk=0 k=0.01 k=0.03(b)有泄漏时 Brunone 系数 k 对阀门末端压?
【学位授予单位】：西安理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU991.61

【参考文献】