含分叉结构输水管道泄漏瞬态特性数值模拟

在输水工程中,由于地形、地质等因素的限制,分叉型结构管道得以广泛推广和应用,分叉结构输水管道泄漏是国内外学者非常关注的一个重要问题,而瞬变流法是目前高效、精确且快速的泄漏检测方法之一。基于此,本研究构建了含分叉结构输水管道的瞬变流模型,探究了影响阀门末端压力变化的因素。结果表明,压力曲线的差异性随分叉管长度的增加而增大;压力曲线的衰减速率随阀门关闭时间的增加而变慢;泄漏量对压力曲线变化周期影响不大,但随着泄漏量增大,压力曲线的面积积分变小;泄漏位置不同,压力曲线在幅值处的形状不同,当泄漏位置位于管道上半段时,曲线在幅值处会凸起,当位于管道下半段时,曲线在幅值处会出现凹陷的趋势。     

基于瞬变流和遗传算法的管道泄漏辨识

输水系统管道的泄漏影响瞬变水击波波形的畸变和衰减特性,对泄漏的定位和定量是泄漏辨识研究的重要环节.考虑水力瞬变中非恒定摩阻的影响,将泄漏参数反映在建立的管道瞬变流时域数学模型中,给出离散网格和求解方法,分析不同泄漏参数对瞬变水击波的影响,用遗传算法结合瞬变流时域模型的特征线法最小化管道测点压力实测和计算响应值的均方误差来辨识泄漏参数,其中实测信号首先经过预滤波和小波去噪处理.通过模型试验对瞬变流数学模型和泄漏反问题分析模型作了率定和验证,结果表明此法能有效的辨识出小泄漏参数,并且检测信号主动,阀门扰动可操作性强.     

混合工质贮罐外泄可燃性分析

建立了含可燃组元混合制冷剂气相液相空间动态泄漏模型,分析了泄漏混合工质的可燃性,提出了一种新的判别泄漏过程中燃烧爆炸危险性增减的方法,研究结果有助于分析和预测生产、储藏、运输过程中含可燃组分罐装混合工质的泄漏事故。     

一种新的长输管道泄漏点定位方法

将压力梯度法与逆瞬态法结合,提出了适合长输管道的泄漏点定位方法. 该方法将泄漏点前后的摩阻系数以及泄漏流量系数看作优化控制变量、水击方程的数值计算结果与测量值之差的绝对值作为控制目标,利用遗传算法优选泄漏点前后的摩阻系数,与压力梯度法结合不断迭代求解泄漏点的位置. 通过输水管道的泄漏实验得到该方法漏点定位的平均误差为4%左右.      

含蜡原油的流变学问题

用管道输送含蜡原油已有多年的历史,目前国内外大都采用加热输送工艺。这种工艺虽然可行,但也存在不少缺点,消耗燃料是其中之一。为了节能,管输含蜡原油的发展趋势是逐步降低输油温度,进而实现接近地温条件下的常温输送。国外在个别管道上实现了含蜡原油的常温输送。我国油田油气集输系统和若干输油管道,也已经部分地实现了原油常温输送工艺。尽管取得了以 ...     

长输管道泄漏故障诊断方法的研究

将序贯概率比检测法（SPRT）应用到管道泄漏的在线故障诊断中，基于SPRT检测法提出了泄漏识别因子，该因子的提出大大提高了泄漏监测系统的识别精度。同时对于非稳定流体，引入了相对稳定过程的概念，通过对均衡流量的检验可以进行泄漏监测。最后，利用参数识别等方法对泄漏进行定位，实验结果证明了方法的有效性。     

透平机械叶尖间隙流场研究的进展

叶尖间隙流动对透平机械性能有很大影响。长期以来,叶尖间隙流动机理一直是透平机械领域研究的一个热点,同时也是一个尚未认识清楚的难点。把叶尖间隙内流动的研究进展分成两个部分:一部分是透平叶栅和透平转子内部叶尖间隙流场的研究进展,另一部分是压气机叶栅和压气机转子内部叶尖间隙流场的研究进展。对目前叶尖间隙研究集中的问题,如泄漏涡系结构,泄漏流动模型,泄漏涡旋涡强度的变化,泄漏涡和激波的相互作用等进行了简要的总结。文中还对透平机械叶尖间隙泄漏流动常用的数值计算方法进行了总结。认为今后应进一步对以下问题进行研究,其中包括研究高速透平机械叶尖泄漏涡旋涡强度变化问题,径流式叶轮机械叶尖间隙泄漏流动过程及泄漏涡发生发展规律问题,泄漏涡与激波相互作用产生阻塞区域的大小问题。      

基于水力瞬变与扩展卡尔曼滤波的管道流体监测与泄漏定位

引入一种长输管道流体监测与泄漏定位的新方法,将管道流动的瞬变流模型转化为状态空间模型的描述,以管线沿程流量、压强水头为状态变量,管道进口流量和出口压力视做非线性动态系统的控制输入,出口流量和进口压力观测序列构成系统的测量向量。基于小信号原理首先线性化处理非线性模型,然后用扩展的卡尔曼滤波器结合传统的双曲方程特征线解法估计泄漏尺寸与位置,并实时模拟出管道流体的压力流量过程及其沿管道的分布。试验和仿真算例表明此法模拟的管道流动状态能较快收敛到稳定状态,并且泄漏尺寸估计与定位的结果与给定值比较吻合。因此引入扩展的卡尔曼滤波能够提高瞬变流模拟管道非定常流动的准确性和跟踪能力。     

深海保温输油管后屈曲及屈曲传播的有限元分析

本文运用ABAQUS有限元软件模拟深海输油管道的后屈曲及屈曲传播现象．将深海输油管道视为内、外层为合金钢材,夹心为聚氨酯泡沫的输油管道．采用线弹性-线性硬化的本构关系,运用Riks分析法获得后屈曲平衡路径,以此模拟管道中的屈曲传播过程,并获得屈曲传播压力．通过数值算例,综合讨论了不同初始缺陷、不同径厚比、不同夹层与夹心厚度比对、不同的材料弹性模量对屈曲传播过程和压力的影响．最后将输油管退化为单层管,将传播压力的有限元结果与实验结果、 Palmer理论解比较．结果表明有限元值、实验结果、理论值三者比较吻合．验证了有限元分析的正确性．     

基于等效路径的爆破地震波衰减规律

针对露天矿山台阶爆破地形和地质条件的复杂性, 分析了地形对爆破地震波传播路径的影响, 提出了等效路径及等效距离两个概念。同时考虑岩石波阻抗和岩体的完整性系数及最大一段装药量与炸药的定容爆热等因素的影响, 构建了露天台阶爆破地震波地表质点振速峰值随等效距离衰减的表达式。通过矿山爆破震动监测检验, 发现用该公式预测地表质点振速峰值, 能够适应实际地形和地质条件的变化, 预测结果的准确性显著高于萨氏公式, 表明该公式较好地反映了质点振速峰值沿等效路径衰减的基本规律, 为台阶爆破地震波质点振速峰值预测提供了一种新方法。     

长输氢气管道失效分析与定量风险评价

长输氢气管道是一种解决大规模输氢的有效方式,但其失效机理和泄漏扩散规律不同于常规油气管道,因此为提高氢气长距离管输的风险应对能力,本文分析了包括氢损伤在内的6类风险致因,辨识了氢气管道泄漏典型事故场景,研究了失效概率预测和潜在生命损失计算模型,从而构建了一种量化风险评价方法。通过案例分析表明：该方法解决国内缺少失效统计数据前提下的失效概率分析问题,多场景泄漏事故计算为最大限度评估后果严重性提供保障。     

河流油气管道动应力特性及悬跨安全性分析

近年来穿越河流的油气管道的爆管、泄漏事故频繁发生,因此对穿越河流悬跨油气管道进行力学特性分析及安全防控措施研究尤为重要.利用振动破坏准则求得悬跨管道的最大安全悬空长度.利用ABAQUS建立管道和土体的模型,基于流体动力学理论、管土耦合理论以及有限元理论,对河底输油管道的水平悬空段进行动应力研究,得到单跨悬跨管道的长度不得大于悬跨段的0.65,且在施加载荷过程中管道将先发生振动破坏,再发生屈服破坏.依据管道的最大悬跨长度,探索用钢结构支撑法解决管道悬跨长度过长的安全问题.     

含泄漏及弯头三维输水管道内水锤波传播特性研究

建立了含泄漏及弯头的三维几何模型,基于仿真软件,采用k-ε模型模拟了水锤波在管道的传播规律,分析了泄漏、弯头及流体粘度变化对输水管道内水锤波传播特性的影响。利用计算结果解释了非恒定摩阻模型影响水锤波波速这一现象。研究表明:(1)管道存在泄漏时,泄漏孔的存在并不改变水锤波的传播速度,弯头和粘性效应影响水锤波的传播速度;粘性越大,水锤波衰减幅度越大;泄漏位置越接近管道末端,水锤波衰减越快。(2)摩擦阻力的存在造成管道内水锤波呈现持续的线充效应,管道内壁的粗糙程度和管道的长度决定了线充效应的增压幅度,长度越大,线性充填效应越明显。     

基于逾渗理论的机械密封界面静态泄漏预测方法

针对现有机械密封泄漏机理研究存在的不足,利用Hertz理论研究机械密封界面接触力学问题,揭示了孔隙率随端面形貌、端面载荷等参数的变化规律;基于逾渗理论,探讨了不同网格层数下密封界面的逾渗阈值与孔隙率的关系,建立了密封界面泄漏通道模型,以及泄漏率与端面形貌参数关系表达式;研制了机械密封静态泄漏测试装置,测试了6组不同端面形貌试件在一定介质压力下的泄漏率.结果表明:密封界面的初始孔隙率?0随着分形维数D的增大而增大;端面比压pc增大,孔隙率?减小,并随着D的增大和尺度系数G的减小,?快速减小,直至填实.在端面比压作用下,密封界面的孔隙率均大于0.593,密封界面泄漏通道可以简化为单层网格逾渗模型.密封环的表面越粗糙,其密封界面的孔隙率越大,而由孔隙连通形成的泄漏微通道孔喉尺寸就越大,致使密封界面的泄漏率越大;泄漏率理论预测值与试验结果具有良好的吻合度,验证了本文泄漏预测方法的合理性.     

径向叶片式气动马达的泄漏分析和计算

本文在考虑气体的可压缩性基础上对叶片气动马达的泄漏进行分析,并推导了相应公式。同时比较了不可压缩流动与可压缩流动的两种间隙泄漏理论的差别。还导出了气动马达具有最小泄漏面积时的最佳长径比公式,这对设计工作是有用的。     

频率在FFT谱上位置对加窗泄漏的影响

以前讨论ＦＦＴ谱的加窗泄漏时，都不考虑频率在ＦＦＴ谱上所处位置对泄漏的影响［２，４，５，６］。由于实际信号和窗函数在频域为卷积关系，所以应该考虑实际频率在ＦＦＴ谱上所处的位置。本文找出了单一频率成份在谱图上不同位置时，产生泄漏的一般规律，并提出了有效的修正方法。     

外啮合齿轮泵随机内泄漏模型的研究

为了获得更加精确的外啮合齿轮泵内泄漏数学模型,将不确定性理论引入齿轮泵传统内泄漏模型中进行研究。将齿轮泵的轴向间隙、径向间隙、液压油温度、工作压力和输入转速作为随机变量,运用随机因子法和代数综合法建立齿轮泵随机内泄漏模型,进而获得在不确定性下的齿轮泵容积效率。将随机内泄漏模型研究结果和传统模型的计算结果分别与实验结果进行比较,证明随机内泄漏模型的正确性和优越性。     

微扰动对液体螺旋槽机械密封性能的影响

针对非接触式液体螺旋槽机械密封,分析了周期性轴向微扰动和角微扰动对密封环端面间液膜厚度的影响规律,建立了单周期螺旋槽液膜模型,采用数值法求解时变雷诺方程,研究了微扰动对液膜承载力和泄漏率等密封特性参数的影响.结果表明,膜厚对液膜承载力和泄漏率的影响显著,膜厚增加,液膜承载力减小,泄漏率增大.液膜承载力、泄漏率的变化幅度和频率主要受到轴向扰动的影响.角扰动造成沿圆周方向分布的液膜承载力不均匀而使液膜稳定性变差.     

软弱结构面表面形态与充填度的力学特性研究

将压力梯度法与逆瞬态法结合,提出了适合长输管道的泄漏点定位方法. 该方法将泄漏 点前后的摩阻系数以及泄漏流量系数看作优化控制变量、水击方程的数值计算结果与测量值 之差的绝对值作为控制目标,利用遗传算法优选泄漏点前后的摩阻系数,与压力梯度法结合 不断迭代求解泄漏点的位置. 通过输水管道的泄漏实验得到该方法漏点定位的平均误差为 4%左右.     

澜沧江跨越管段天然气管道落石条件下应力分析

澜沧江跨越管道工程的跨越区山体高耸挺拔、地势险峻,两岸陡崖上分布有危岩及崩塌堆积体,其地理位置极易受到崩塌落石危害,落石冲击作用会造成管道刮痕、压坑,引起管道变形失稳甚至破裂,造成油品泄漏。本文以澜沧江跨越段管道及两岸落石为研究对象,首先运用Roc Fall软件建立落石运动路径数值模拟模型,分析落石质量对落石运动过程的影响,并探究了不同质量落石撞击管道时,落石携带的最大动能等特性参数影响规律;然后运用CAESAR II软件对澜沧江跨越段天然气管道进行分析,确定会使其处于危险(或被破坏)状态的落石质量阈值。分析结果可为澜沧江跨越管道落石灾害防护和管道安全运营决策提供科学建议,也可以为地理条件与澜沧江管道相似的管道工程设计、敷设施工、上方危岩防护规划提供指导和借鉴。