基于气固耦合的输气管道泄漏音波产生机理研究

本课题基于天然气长输管道中气固耦合作用机理，进行输气管线音波法泄漏检测技术的基础性研究。课题拟通过理论研究，确定输气管道中音波产生机理，寻求不同产生机理音波的特征以及影响因素，获取音波特征量，为音波法泄漏检测与定位提供观测量与识别特征，建立音波法泄漏检测的数据库；同时对音波产生过程中的气固耦合作用机理进行深入研究，建立和完善气固耦合作用的理论体系，进而可以为音波传播过程的散射、反射和音波接收及远传等问题提供解决方法。通过研究输气管道系统的气固耦合作用机理以及音波产生机理和影响因素，为输气管道音波法泄漏检测提供完善的理论体系，为音波法泄漏检测故障诊断技术的推广提供坚实的理论基础，及时准确地发现泄漏并进行泄漏定位，保障管道的正常运行，提高输气管线的安全管理水平。

随着天然气工业的迅速发展，天然气管道大规模铺设，使得输气管道泄漏检测技术的研究意义重大，其中音波法泄漏检测技术由于具有灵敏度高、定位精度高、误报率低、检测时间短、适应性强等优点。本项目基于音波泄漏检测技术原理，进行了输气管线音波泄漏检测技术的基础性研究。通过理论研究，（1）对输气管道中球阀阀门噪声进行了研究，建立了阀门噪声模型，确立了研究音波产生机理的两种方法，一种是只采用CFD（Computational Fluid Dynamics）软件进行计算和分析，即FWH方法，另一种是采用CFD软件联合声学软件进行仿真计算，即BEM方法，并对两种方法进行了对比分析；（2）根据气动噪声和气固耦合理论采用FWH方法对输气管道中的泄漏音波产生机理进行了研究，建立了泄漏音波模型，确定了泄漏音波产生机理，得到了音波特征量随泄漏孔径和压力等影响因素的变化关系，并通过实验进行了验证；（3）采用BEM方法对油气管道的振动声辐射进行了研究，建立了管道辐射噪声模型；（4）将音波产生机理的理论应用于现场实验，并对现场实验信号进行了时频联合分析，得到了可用于音波泄漏检测的音波特征量。