管内流体噪声下的供水管道泄漏检测技术及分布式监测系统
发布时间：2020-12-13 22:18
管道泄漏是造成水资源浪费的主要因素之一,在导致水资源流失的同时,泄漏也会给细菌、病毒等微生物入侵管道造成水资源的二次污染提供了条件,严重威胁大众的饮水安全健康,及时发现泄漏对于减少经济损失、提高人民生活质量等方面尤为关键。在众多的管道泄漏检测方法当中,基于声学的管道泄漏检测方法由于准确高效、易于操作、成本低廉等优点,逐渐成为一种广泛应用的管道泄漏检测手段。然而在实际泄漏检测中,管道周围存在的非泄漏干扰噪声信号会对泄漏辨识准确性产生较大影响,其中,因管道结构突变带来的管内流体噪声,由于其在产生机理、传播规律等方面尚未研究清楚,若不加以处理会严重干扰泄漏辨识结果的准确性,因此,本文对管内噪声干扰下的泄漏辨识进行研究。论文主要内容可概括为以下几方面:(1)管内流体噪声产生机理分析。结合流体力学方程、能量守恒定律等基本物理学原理,利用计算流体仿真软件,对管道结构突变处的管内流场进行数值仿真,分析得到管道结构突变处的管内流场存在规律性低压区域;认为管内噪声主要来自于管道结构突变处产生的空化声和湍流声,同时受规律性低压区域的影响,管内空化声以及在空化声影响下的湍流声都存在一定的规律性,这为后续泄漏...
【文章来源】：重庆大学重庆市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：57 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
管道泄漏检测原理图
a) 平直管道管内流体为单向层流；b) 所有管道内流体温度为常量；c) 所有管道内流体热容为常量；d) 流体与管道的摩擦热忽略不计。首先第一个假设是为了简化流体流动状态，因为流体在长直管道的流动状态为层流，仅是在经过结构突变段管道结构时流体流动状态转变为湍流；第二个假设是为了使仿真结果仅与管道结构有关而不受管内流体温度的影响；第三个假设是基本假设，因为管内流体的热容不随时间变化，也就是说只要是处于相同深度、相同流速下，流体的传热性能将保持不变；第四个假设也是必要的基本假设，因为流体摩擦会产生热量，而产生热量的多少取决于流体的流动特性，如果考虑摩擦热会使模型设计复杂化从而引入其他需要考虑的建模因素，因此可以忽略流体摩擦热只专注于流体流动状态的仿真。图 3、图 4 是 CFD 模块对三种结构突变处管道管内流场的数值仿真结果，为了便于观察，图中只画了管道连接处的局部流体流动状态。
图 3.2 结构突变段管道管内静压等值线图：（a）弯管；（b）支管；（c）变异管Fig.3.2 static pressure in pipeline: (a) crooked pipeline (b) branch pipeline (c) different diameterspipeline从图 3.1 所示的速度矢量图可以看出，流体流经弯管、支管、变异管时，靠近管壁部分的流体运动方式发生了变化，流体流速都出现了不同程度的增大，在上述边界条件下流速最高达到了 11m/s；从图 3.2 管内静压等值线分布图可以发现，由于管道的结构变化迫使管内流体流动方向发生改变，导致管内流体流场的分布发生了变化，由于管壁结构固定，管内压力分布呈现一定的规律性：对于弯管结构，越靠近管壁弯曲处管内流场的流速和压力也就越大，图 3.2（a）中弯管内侧管壁压力最高达到了 3.2Mpa，外侧管壁压力虽小于内侧但也达到了 2.8Mpa，管道中心处压力值平均只有 1.1Mpa；对于图 3.2（b）支管结构，管内流体流入时压力瞬间增大，入口处的压力值最高达到 4Mpa，而在支管中心区域流体压力值变小，平均仅有 2Mpa。当流体流经支管出口时压力再次增大，此处的压力值与入口处压力值较为接近达到 4.1Mpa；对于图 3.2（c）变异管结构，流体从大直径管道流向
【参考文献】：
期刊论文
[1]地下水管网泄漏检测及工程实例[J]. 张宇,黄辉. 中国特种设备安全. 2018(01)
[2]对《城镇供水管网漏损控制及评定标准》的探讨[J]. 王建新,左峰,孟冬生,张俊杰,李淑慧. 中国给水排水. 2017(15)
[3]管道运输与其他运输业借鉴与展望[J]. 赵子浩. 民营科技. 2017(07)
[4]如何有效的控制供水管网漏损率[J]. 邱荔萍. 低碳世界. 2016(22)
[5]依据声信号频率分布和复杂度的供水管道泄漏辨识[J]. 文玉梅,张雪园,文静,甄锦鹏,王凯. 仪器仪表学报. 2014(06)
[6]长输管道漏磁内检测缺陷识别方法[J]. 高松巍,郑树林,杨理践. 无损检测. 2013(01)
[7]管道泄漏检测中的噪声自适应抑制[J]. 文玉梅,谢仁峰,杨进,李平,文静. 仪器仪表学报. 2012(10)
[8]基于噪声白化准则的自适应噪声抵消方法[J]. 文静,文玉梅,李平. 仪器仪表学报. 2010(08)
[9]自来水铸铁管道泄漏声信号频率特征研究[J]. 杨进,文玉梅,李平. 应用声学. 2006(01)
[10]自适应供水管网泄漏检测定位仪器系统[J]. 杨进,李平,文玉梅,郑敏. 仪表技术与传感器. 2005(02)
博士论文
[1]供水管道泄漏自适应检测及定位信号处理方法研究[D]. 吴慧娟.重庆大学 2009
[2]供水管道泄漏检测定位中的信号分析及处理研究[D]. 杨进.重庆大学 2007
本文编号：2915271
【文章来源】：重庆大学重庆市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：57 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
管道泄漏检测原理图
a) 平直管道管内流体为单向层流；b) 所有管道内流体温度为常量；c) 所有管道内流体热容为常量；d) 流体与管道的摩擦热忽略不计。首先第一个假设是为了简化流体流动状态，因为流体在长直管道的流动状态为层流，仅是在经过结构突变段管道结构时流体流动状态转变为湍流；第二个假设是为了使仿真结果仅与管道结构有关而不受管内流体温度的影响；第三个假设是基本假设，因为管内流体的热容不随时间变化，也就是说只要是处于相同深度、相同流速下，流体的传热性能将保持不变；第四个假设也是必要的基本假设，因为流体摩擦会产生热量，而产生热量的多少取决于流体的流动特性，如果考虑摩擦热会使模型设计复杂化从而引入其他需要考虑的建模因素，因此可以忽略流体摩擦热只专注于流体流动状态的仿真。图 3、图 4 是 CFD 模块对三种结构突变处管道管内流场的数值仿真结果，为了便于观察，图中只画了管道连接处的局部流体流动状态。
图 3.2 结构突变段管道管内静压等值线图：（a）弯管；（b）支管；（c）变异管Fig.3.2 static pressure in pipeline: (a) crooked pipeline (b) branch pipeline (c) different diameterspipeline从图 3.1 所示的速度矢量图可以看出，流体流经弯管、支管、变异管时，靠近管壁部分的流体运动方式发生了变化，流体流速都出现了不同程度的增大，在上述边界条件下流速最高达到了 11m/s；从图 3.2 管内静压等值线分布图可以发现，由于管道的结构变化迫使管内流体流动方向发生改变，导致管内流体流场的分布发生了变化，由于管壁结构固定，管内压力分布呈现一定的规律性：对于弯管结构，越靠近管壁弯曲处管内流场的流速和压力也就越大，图 3.2（a）中弯管内侧管壁压力最高达到了 3.2Mpa，外侧管壁压力虽小于内侧但也达到了 2.8Mpa，管道中心处压力值平均只有 1.1Mpa；对于图 3.2（b）支管结构，管内流体流入时压力瞬间增大，入口处的压力值最高达到 4Mpa，而在支管中心区域流体压力值变小，平均仅有 2Mpa。当流体流经支管出口时压力再次增大，此处的压力值与入口处压力值较为接近达到 4.1Mpa；对于图 3.2（c）变异管结构，流体从大直径管道流向
【参考文献】：
期刊论文
[1]地下水管网泄漏检测及工程实例[J]. 张宇,黄辉. 中国特种设备安全. 2018(01)
[2]对《城镇供水管网漏损控制及评定标准》的探讨[J]. 王建新,左峰,孟冬生,张俊杰,李淑慧. 中国给水排水. 2017(15)
[3]管道运输与其他运输业借鉴与展望[J]. 赵子浩. 民营科技. 2017(07)
[4]如何有效的控制供水管网漏损率[J]. 邱荔萍. 低碳世界. 2016(22)
[5]依据声信号频率分布和复杂度的供水管道泄漏辨识[J]. 文玉梅,张雪园,文静,甄锦鹏,王凯. 仪器仪表学报. 2014(06)
[6]长输管道漏磁内检测缺陷识别方法[J]. 高松巍,郑树林,杨理践. 无损检测. 2013(01)
[7]管道泄漏检测中的噪声自适应抑制[J]. 文玉梅,谢仁峰,杨进,李平,文静. 仪器仪表学报. 2012(10)
[8]基于噪声白化准则的自适应噪声抵消方法[J]. 文静,文玉梅,李平. 仪器仪表学报. 2010(08)
[9]自来水铸铁管道泄漏声信号频率特征研究[J]. 杨进,文玉梅,李平. 应用声学. 2006(01)
[10]自适应供水管网泄漏检测定位仪器系统[J]. 杨进,李平,文玉梅,郑敏. 仪表技术与传感器. 2005(02)
博士论文
[1]供水管道泄漏自适应检测及定位信号处理方法研究[D]. 吴慧娟.重庆大学 2009
[2]供水管道泄漏检测定位中的信号分析及处理研究[D]. 杨进.重庆大学 2007
本文编号：2915271
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