聲學(xué)內(nèi)檢測法有較高的管道泄漏檢測靈敏度,而目前對泄漏聲源附近近場聲信號研究較少�；贚ighthill聲類比的流場-聲場混合的仿真方法,計(jì)算了不同泄漏孔徑、不同管道內(nèi)壓下整個近場計(jì)算域的聲場分布。仿真結(jié)果表明,泄漏聲源是一種寬頻噪聲,在大于特征頻率的頻段,信號衰減,之前則保持穩(wěn)定;管內(nèi)聲信號是泄漏聲源在管壁束縛下的頻散傳播,在小于一階模態(tài)頻率內(nèi),傳播平面波,大于一階模態(tài)頻率有多個模態(tài)的反射波。根據(jù)仿真分析結(jié)果,選取1³.1 k Hz頻段作為泄漏信號特征識別優(yōu)選頻段,得到泄漏量與該頻段內(nèi)能量呈正相關(guān)關(guān)系。搭建模擬泄漏測試平臺,測試球形內(nèi)檢測樣機(jī),結(jié)果表明,該檢測器可檢測0.15 L/min泄漏量,實(shí)驗(yàn)結(jié)果與仿真結(jié)果可較好的吻合。研究結(jié)論對近距離聽聲內(nèi)檢測方法在聲傳感單元選型設(shè)計(jì)、聲信號處理等方面有理論指導(dǎo)意義。 

【文章來源】：電子測量與儀器學(xué)報(bào). 2016,30(06)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：11 頁

【部分圖文】：

基于Lighthill聲類比的混合聲場仿真步驟Fig．1Hybridaero-acousticcalculationprocess

肅FD軟件Fluent進(jìn)行非定常的CFD仿真計(jì)算，得到聲源域各網(wǎng)格點(diǎn)的各個瞬態(tài)的流體參數(shù)，比如，密度ρ以及速度v等(對于不可壓縮流，則僅提取流速數(shù)據(jù))，然后通過ACTＲAN軟件的ICFD模塊依照式(4)將流體域的結(jié)果變量積分插值到聲學(xué)網(wǎng)格上，然后通過傅里葉變換轉(zhuǎn)換到頻域。最后在整個聲學(xué)計(jì)算域進(jìn)行聲傳播的計(jì)算，最終得到整個聲學(xué)計(jì)算域的聲學(xué)參數(shù)。圖1基于Lighthill聲類比的混合聲場仿真步驟Fig．1Hybridaero-acousticcalculationprocessbasedonLighthill’ssimulation2．2CFD與CAA模型首先進(jìn)行流體計(jì)算域的瞬態(tài)仿真。圖2給出了計(jì)算的物理模型及邊界條件。管道長度為250mm，管道直徑為油氣管道最常見的8inch即200mm管徑�？紤]到管道壁厚，在管道上方的中間部分有一個6mm高的小支管，孔徑為d。左側(cè)為流速入口，初始平均流速為z方向，大小為2m/s，右側(cè)為壓力出口1，設(shè)置為管道內(nèi)壓，大小為P1，泄漏口出的壓力設(shè)置為大氣壓，其值為0Pa。圖3是利用ICEM對計(jì)算域劃分的三維六面體網(wǎng)格，為了在泄漏孔處得到更好的計(jì)算精度，對泄漏孔處進(jìn)行的20個小區(qū)域的劃分，整個計(jì)算域有400000個網(wǎng)格單元，網(wǎng)格整體質(zhì)量大于0．7。圖2物理模型與邊界條件Fig．2Physicalmodelandboundarycondition采用大渦模擬方法(LES)進(jìn)行湍流計(jì)算，泄漏孔徑d=1mm，管道內(nèi)壓P1=5MPa，管內(nèi)流體設(shè)置為水。選用PISO作為壓力-速度耦合器的算法，采用PＲESTO!離散化方法將單元格壓力數(shù)據(jù)插值到面網(wǎng)格上。時間步長Δt=1×10－6，整個計(jì)算在1000步后達(dá)到收斂，殘差值在10－5以內(nèi)。圖3CFD計(jì)算的三維六面體網(wǎng)格Fig．33DCFDmeshofthephysicalmodel圖4給出了在1mm泄漏孔徑附近的壓力以及流速云圖。圖中可以看出，在泄漏“小支管”與主管道的交叉點(diǎn)附近

3是利用ICEM對計(jì)算域劃分的三維六面體網(wǎng)格，為了在泄漏孔處得到更好的計(jì)算精度，對泄漏孔處進(jìn)行的20個小區(qū)域的劃分，整個計(jì)算域有400000個網(wǎng)格單元，網(wǎng)格整體質(zhì)量大于0．7。圖2物理模型與邊界條件Fig．2Physicalmodelandboundarycondition采用大渦模擬方法(LES)進(jìn)行湍流計(jì)算，泄漏孔徑d=1mm，管道內(nèi)壓P1=5MPa，管內(nèi)流體設(shè)置為水。選用PISO作為壓力-速度耦合器的算法，采用PＲESTO!離散化方法將單元格壓力數(shù)據(jù)插值到面網(wǎng)格上。時間步長Δt=1×10－6，整個計(jì)算在1000步后達(dá)到收斂，殘差值在10－5以內(nèi)。圖3CFD計(jì)算的三維六面體網(wǎng)格Fig．33DCFDmeshofthephysicalmodel圖4給出了在1mm泄漏孔徑附近的壓力以及流速云圖。圖中可以看出，在泄漏“小支管”與主管道的交叉點(diǎn)附近出現(xiàn)了負(fù)壓(－4MPa)，在泄漏孔處產(chǎn)生大量的湍流流動，在負(fù)壓區(qū)域流速高達(dá)140m/s。根據(jù)Lighthill的理論，湍流脈動產(chǎn)生聲，圖4(a)泄漏口附近的壓力云圖(Pa);(b)泄漏口附近的流速云圖(m/s)(P1=5MPa，V=2m/s，d=1mm)Fig．4(a)Zoom-inviewofpressurecontoursaroundleakhole(Pa);(b)Velocitycontoursaroundleakhole(m/s)(P1=5MPa，V=2m/s，d=1mm)

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]基于虛擬儀器的清管器內(nèi)檢地圖標(biāo)記測試系統(tǒng)[J]. 趙弘,蘇鑫,黃涵宇.  電子測量技術(shù). 2015(01)
[2]基于ARM的智能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 袁雪,張志文,司慶丹.  國外電子測量技術(shù). 2014(11)
[3]超聲相控陣檢測技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用[J]. 靳世久,楊曉霞,陳世利,黃玉秋,郭薇.  電子測量與儀器學(xué)報(bào). 2014(09)
[4]基于改進(jìn)EMD的輸油管道泄漏信號特征提取方法研究[J]. 趙利強(qiáng),王建林,于濤.  儀器儀表學(xué)報(bào). 2013(12)
[5]輸油管道微小泄漏球形檢測器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]. 劉淵,陳世利,郭世旭,趙偉.  傳感器與微系統(tǒng). 2012(06)
[6]基于相關(guān)分析和近似熵的管道泄漏聲信號特征提取及辨識方法[J]. 楊進(jìn),文玉梅,李平.  儀器儀表學(xué)報(bào). 2009(02)
[7]瞬態(tài)負(fù)壓波結(jié)構(gòu)模式識別法原油管道泄漏檢測技術(shù)[J]. 靳世久,王立寧,李健.  電子測量與儀器學(xué)報(bào). 1998(01)



本文編號：3446483