天然氣管道泄漏應(yīng)力波波速估計(jì)

【摘要】：高壓、次高壓輸氣管道是城鎮(zhèn)化建設(shè)中的重要組成部分,當(dāng)管道受到自然或人為因素的破壞而發(fā)生不同程度的泄漏時(shí),由于管道自身和外界環(huán)境因素干擾造成泄漏信號(hào)的傳播速度不一致,直接影響管道泄漏定位的精度。因此本文提出根據(jù)采集到的應(yīng)力波信號(hào)特征準(zhǔn)確地估計(jì)應(yīng)力波傳播速度,這對精確定位管道泄漏位置具有重要作用。本文在研究了應(yīng)力波產(chǎn)生機(jī)理的基礎(chǔ)上,通過ANSYS軟件建立有限元模型,首先對不同孔徑、不同管內(nèi)壓力下的泄漏應(yīng)力波的產(chǎn)生機(jī)理進(jìn)行數(shù)值仿真研究,然后分析了不同條件下產(chǎn)生的應(yīng)力波在管道模型不同位置處的傳播速度以及幅頻特性;最后對采集到的應(yīng)力波進(jìn)行波速測量,與仿真信號(hào)在管道模型上的傳播速度作對比,分析產(chǎn)生差別的原因。本文的工作主要有以下內(nèi)容:第一,利用ANSYS Workbench構(gòu)造了不同泄漏孔徑的管道模型,通過ANSYS Fluent模擬了管內(nèi)不同壓力下泄漏孔處壓力波動(dòng)情況,導(dǎo)出壓力載荷數(shù)據(jù)用于后續(xù)結(jié)構(gòu)分析。通過ANSYS APDL對不同孔徑,不同管內(nèi)壓力的泄漏應(yīng)力波產(chǎn)生機(jī)理進(jìn)行數(shù)值模擬研究;然后根據(jù)應(yīng)力波傳播特性,利用ANSYS軟件,對不同形式的應(yīng)力波在管道體上傳播的問題進(jìn)行仿真研究,觀測其在傳播不同距離后的幅頻特性以及波速的變化;根據(jù)導(dǎo)波理論,推導(dǎo)了空心圓柱殼內(nèi)的頻散方程,將實(shí)驗(yàn)管道參數(shù)代入方程,并通過Matlab仿真得到關(guān)于此管道的頻散曲線。第二,針對氣體泄漏應(yīng)力波的非平穩(wěn)特性,本文研究了一種將局域均值分解(Local Mean Decomposition,LMD)與超熵相結(jié)合的管道泄漏應(yīng)力波波速估計(jì)方法:對泄漏應(yīng)力波LMD分解后,計(jì)算每一個(gè)PF分量的超熵值,選擇超熵值最大的PF分量作為主PF分量,對主PF分量做互相關(guān)分析,求得兩段信號(hào)之間相關(guān)性最強(qiáng)的頻率,結(jié)合信號(hào)的頻散特性獲得應(yīng)力波的理論傳播速度。最后,按照本文方法分別對相同泄漏孔徑不同管內(nèi)壓力、相同管內(nèi)壓力不同泄漏孔徑條件下采集的實(shí)際應(yīng)力波進(jìn)行處理,估計(jì)應(yīng)力波在不同條件下的傳播速度,比較其與理論波速的區(qū)別,最后得出,在同等條件下,理論波速變化趨勢與實(shí)際波速變化趨勢相吻合。 【關(guān)鍵詞】：管道泄漏 應(yīng)力波 局域均值分解 超熵 導(dǎo)波
【學(xué)位授予單位】：燕山大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TE88
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 緒論10-18
• 1.1 輸氣管道應(yīng)力波波速估計(jì)研究背景及意義10-12
• 1.2 管道應(yīng)力波波速估計(jì)的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀12-16
• 1.2.1 國內(nèi)外波速估計(jì)研究現(xiàn)狀13-15
• 1.2.2 波速估計(jì)在國內(nèi)外管道泄漏檢測產(chǎn)品中的應(yīng)用15-16
• 1.3 本文的主要研究內(nèi)容16-18
• 第2章 管道應(yīng)力波產(chǎn)生的基本原理及數(shù)值仿真18-31
• 2.1 引言18
• 2.2 應(yīng)力波產(chǎn)生機(jī)理18-19
• 2.3 管道中應(yīng)力波產(chǎn)生數(shù)值仿真19-30
• 2.3.1 ANSYS瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析簡介19-20
• 2.3.2 泄漏管道模型的建立20-21
• 2.3.3 泄漏孔徑對泄漏情況的影響21-25
• 2.3.4 管內(nèi)壓力對泄漏情況的影響25-30
• 2.4 本章小結(jié)30-31
• 第3章 管道應(yīng)力波傳播理論及數(shù)值仿真31-45
• 3.1 引言31
• 3.2 導(dǎo)波的定義31-33
• 3.3 管道中導(dǎo)波的傳播33-40
• 3.4 應(yīng)力波信號(hào)傳播的影響因素40-41
• 3.5 應(yīng)力波傳播特性41-44
• 3.6 本章小結(jié)44-45
• 第4章 基于LMD分解的應(yīng)力波波速估計(jì)方法45-54
• 4.1 引言45
• 4.2 LMD算法基礎(chǔ)研究45-49
• 4.2.1 瞬時(shí)頻率45-46
• 4.2.2 LMD算法基本原理46-49
• 4.3 超熵指標(biāo)選取泄漏分量49-51
• 4.4 基于LMD分解及超熵的波速估計(jì)方法51-53
• 4.5 本章小結(jié)53-54
• 第5章 管道泄漏應(yīng)力波傳播的實(shí)驗(yàn)研究54-65
• 5.1 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集54-56
• 5.2 數(shù)據(jù)處理及分析56-64
• 5.2.1 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理及分析56-58
• 5.2.2 PF分量選擇及分析58-60
• 5.2.3 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析與對比60-64
• 5.3 本章小結(jié)64-65
• 結(jié)論65-67
• 參考文獻(xiàn)67-71
• 攻讀碩士學(xué)位期間承擔(dān)的科研任務(wù)與主要成果71-72
• 致謝72

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