基于伴随方程复杂管网泄漏反向寻源的数值模拟研究

发布时间：2020-07-29 23:29

【摘要】：随着社会的发展,供水管网需求的规模越来越大,繁杂的供水管网,普遍存在泄漏、损坏等故障。给社会生产和人民生活造成巨大经济损失的同时,也会造成环境的污染,因此,为了及时的发现,定位,并修补泄漏,消除水泄漏造成的潜在危险,本文针对供水管网泄漏检测定位,提出了基于伴随方程的方向寻源方法。为了确定管网泄漏的泄漏源,本文对管网泄漏过程进行了建模与数值模拟,具体地基于正向压力输运模型,引入目标函数,将伴随理论与灵敏度分析方法相结合推导了正向伴随方程。使敏感度函数对压强求导,并引入伴随算子,推导了瞬态流场反向伴随方程,并用MATLAB软件,完成了伴随模型的验证,证明可用于管网泄漏检测。本文基于开源计算流体动力学软件OpenFOAM软件的特点和管网的流动特性,结合反向寻源方法,建立以伴随方程为基础的复杂管网的数值模拟模型,考虑了不同进口压力及有无用户需求时,泄漏孔附近由湍流强度或压降引起的空泡现象对模拟参数的影响,模拟了不同工况下泄漏瞬间的整体管网及泄漏孔附近压力分布,并监测了不同工况下压力的瞬间变化,对不同监测点的压力波形图进行了二次相关新时延处理,进行了相关性分析判断相关性并得到了压力波传到两个测点的时间差,进而判断了泄漏可能发生的几个位置。在此基础上,利用全局搜索的方式确定了泄漏准确位置。对比了不同泄漏孔直径和不同进口压力下的模拟泄漏定位准确度,结果表明准确度在92%-96%之间本文在不同计算步数时,对比了单一的SIMPLE、PISO及加入伴随方程的PISO算法所需的迭代时间,结果表明,结合伴随方程的PISO算法的计算速度要明显优于单一的SIMPLE和PISO算法,以此证明了伴随方法的优越性。
【学位授予单位】：东北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU991.61
【图文】：

示意图,管道泄漏,示意图,漏损

采取相应的措施。有些源头比较隐蔽，泄漏源数据采集相对困难，所以我们尝试建立了反演模型。图1-1 管道泄漏示意图为了避免管网泄漏造成的水资源损失和环境污染，对管道漏损实行在线实时监测，精准实现漏损的检测与定位具有十分重要的意义。基于流场求解的复杂管网泄漏检测及寻源方法具有广泛的应用价值。由于本课题拟采用的反向寻源技术是基于对管道流场求解的方

实验系统

图 2-1 实验系统图为使实验更加接近实际运行工况，实验中的运行雷诺数同实际管网范围相符。而漏点的选取则更加接近生活常态，比如将泄漏点选取在容易发生故障的接头部位。时尽量模拟了复杂情况下的泄漏情况，在管网管段中间位置同样进行了漏点设置。在内 12 mm外径 20 mm的管道上代表性的选取了 20 个泄漏点，如下图所示。并且压力测点布置原则根据灵敏度分析法进行选择，包括管网的平差，分区，根据灵敏度进行测点定等步骤。此次所使用的软件为EPANET。在测量过程中压力变送器通过对测点的检测，压力信号转换为电流信号，并通过电阻桥进行放大，利用高频率数据采集仪采集压力信，计算机记录数据，并对不同测点的压力信号进行后续分析。

泄漏点,压力测点,实验台

图 2-1 实验系统图验更加接近实际运行工况，实验中的运行雷诺数同实际管网范围的选取则更加接近生活常态，比如将泄漏点选取在容易发生故障拟了复杂情况下的泄漏情况，在管网管段中间位置同样进行了漏径 20 mm的管道上代表性的选取了 20 个泄漏点，如下图所示。并根据灵敏度分析法进行选择，包括管网的平差，分区，根据灵敏度此次所使用的软件为EPANET。在测量过程中压力变送器通过对转换为电流信号，并通过电阻桥进行放大，利用高频率数据采集仪记录数据，并对不同测点的压力信号进行后续分析。

【参考文献】