天然氣管道泄漏應(yīng)力波波速估計.pdf

1、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，由于管道自身和外界環(huán)境因素干擾造成泄漏信號的傳播速度不一致，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)力波信號特征準(zhǔn)確地估計應(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)生機理進行數(shù)值仿真研究，然后分

2、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)力波進行波速測量，與仿真信號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

3、機理進行數(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，將實驗管道參數(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

4、泄漏應(yīng)力波波速估計方法：對泄漏應(yīng)力波LMD分解后，計算每一個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，求得兩段信號之間相關(guān)性最強的頻率，結(jié)合信號的頻散特性獲得應(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際應(yīng)力波進行處理，估計應(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