油气管道受阻瞬态流时空演化规律及气动智能封堵方法研究

油气管道维护是管道安全生产的重要环节，管内智能封堵是零泄漏作业的有效手段。油气输送中气-液复杂流动影响着管内智能封堵的有效实施。本项目以管内智能封堵所面临的受阻瞬态流为研究对象，在时间和空间上研究管内瞬态流动遇阻后所产生的变化规律，揭示智能封堵条件下瞬态流物性参数与管道压降、持液率以及封堵结构之间的定量函数关系，为实际应用中有效智能封堵的定量表达及判断提供科学判据。在此基础上提出气动智能封堵方法,建立基于管内多相流模型的气动智能封堵机构模型，实现多系统的集成建模；分析气动智能封堵方法与管内受阻瞬态流动演化规律之间的数学联系，研究气动智能封堵方法精确定位控制机理，实现复杂工况下系统的结构与性能优化；结合新型气动智能封堵方法的试验研究，对管内受阻瞬态流时空演化规律进行验证。研究成果旨在揭示管内在线封堵时复杂流动状态规律，为管内智能封堵的顺利进行，研制新型管内气动智能封堵机构奠定理论和技术基础。

以陕京等典型管道输送段为依托，通过实地调查、实验室研究、理论建模、数值模拟、原理样机制作等手段，对传送条件及输送压力、管道结构等特征进行归纳总结。对管内受阻瞬态流在时间和空间上的演变规律进行研究，揭示油气管内智能封堵条件下瞬态流物性参数与管道压降、持液率以及封堵结构之间的定量函数关系。探讨不同封堵结构条件下所引发的流场分布，对管内封堵机器人前后表面的端面结构变化特征进行了定量分析。设计并研制出管内气动智能封堵机器人，根据管内受阻瞬态流场变化的时空演化规律，模拟分析出管内气动智能封堵机器人结构特性及运动关系。并开发出气动智能封堵机器人实验平台，为跟深入研究控制机理及算法奠定基础。开发了管内外通讯实验系统，以实际工程为背景，采用电磁发射源，在管外通过特定的仪器检测，研制具有预设和动态调节参数能力的智能磁发射器，开发具备数据远传功能的双传感结构智能接收器。以降低管内机器人丢失的风险，为油气管道封堵作业提供有力的科学保障，具有广阔的应用前景。开发了基于工业CT 的管内受阻瞬态流实验系统，及软件测试系统，为下一步管内受阻瞬态流的细观机理研究奠定基础。