本文關鍵詞： 微含氣 液體管道 泄漏 負壓波 傳播特性 衰減理論 模擬仿真　出處：《中國石油大學(華東)》2015年碩士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：本文基于氣液兩相流理論和瞬變流理論,采用試驗研究、理論分析、數(shù)值模擬三種研究方法,對體積含氣率低于2%的液體管道泄漏負壓波的生成、傳播及衰減規(guī)律進行研究,為負壓波法在微含氣液體管道的泄漏檢測系統(tǒng)中的應用提供理論和技術基礎�；陂L度為375米、管徑為DN25的304不銹鋼管道,自行設計實驗裝置及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),用MATLAB編制程序對采集的數(shù)據(jù)進行處理分析。利用實驗系統(tǒng)進行了以下試驗與模擬工作。(1)用透明管在首、中、尾三段處置換不銹鋼管,觀察到在體積含氣率低于2%時氣液混合物的流動狀態(tài)及在流動過程中流型的演化規(guī)律,為負壓波在微含氣液體管道內的傳播特性研究提供了支撐,并驗證了影響流型的主要因素是含氣率和氣泡間碰撞機率。(2)測得了不同體積含氣率下的壓力波傳播速度,并對已有的波速公式進行了修正,修正后的公式經驗證與試驗結果吻合良好;(3)驗證了泄漏處向上游和下游傳播的負壓波大小相等,得出泄漏處負壓波的大小與泄漏量之間的關系。(4)用機械波的衰減理論對負壓波的衰減進行研究,測得試驗數(shù)據(jù)滿足衰減指數(shù)模型,通過數(shù)據(jù)擬合得出衰減指數(shù)α_1;計算出壓力最大變化速率,發(fā)現(xiàn)其絕對值也滿足指數(shù)衰減模型,求得衰減指數(shù)α_2;分別分析了α_1與α_2同體積含氣率β之間的關系。(5)用均相流模型對負壓波傳播進行模擬仿真,采用特征線解法,摩阻項中采用擬穩(wěn)態(tài)摩阻系數(shù),得出的衰減模擬結果要低于試驗值,通過添加附加摩阻項對擬穩(wěn)態(tài)摩阻系數(shù)進行修正,可以得到與試驗結果吻合良好的模擬結果。通過本文的研究工作,得出了負壓波在微含氣液體管道中的生成及傳播特性,可以為基于負壓波法的泄漏檢測系統(tǒng)的靈敏度和泄漏定位精度的提高提供了理論和技術上的指導,對含有微量氣體的液體管道泄漏的檢測具有重要的意義。
[Abstract]:Based on the theory of gas-liquid two-phase flow and transient flow theory, the generation, propagation and attenuation of negative pressure wave in liquid pipeline with volume gas content less than 2% are studied by means of experimental study, theoretical analysis and numerical simulation. It provides a theoretical and technical basis for the application of the negative pressure wave method in the leak detection system of micro-gas liquid pipeline. Based on the 304 stainless steel pipeline with 375m length and DN25 diameter, the experimental device and data acquisition system are designed by ourselves. The MATLAB program is used to process and analyze the collected data. The following experimental and simulation work is carried out by using the experimental system. The transparent tube is replaced by the stainless steel tube at the first, middle and end sections. The flow state of the gas-liquid mixture and the evolution of the flow pattern in the flow process are observed when the volume gas holdup is less than 2, which provides the support for the study of the propagation characteristics of the negative pressure wave in the micro-gas-containing liquid pipeline. It is verified that the main factors affecting the flow pattern are gas holdup and collision probability between bubbles. The pressure wave propagation velocity under different volume gas holdup is measured, and the existing wave velocity formula is modified. The modified formula is in good agreement with the experimental results. It is verified that the negative pressure waves propagating upstream and downstream are equal in size. The relationship between the size of the negative pressure wave and the leakage volume is obtained. (4) the attenuation theory of mechanical wave is used to study the attenuation of negative pressure wave, and the experimental data satisfy the attenuation exponent model. The attenuation exponent 偽 -1 is obtained by data fitting, and the maximum change rate of pressure is calculated. It is found that its absolute value also satisfies the exponential attenuation model. The attenuation exponent 偽 _ 2 is obtained. The relationship between 偽 _ 1 and 偽 _ 2 with the same volume gas content 尾 is analyzed respectively. The homogeneous flow model is used to simulate the negative pressure wave propagation. The characteristic line method is used to solve the problem and the quasi-steady state friction coefficient is used in the friction term. The result of attenuation simulation is lower than the experimental value. By adding additional friction term to modify the quasi-steady state friction coefficient, the simulation results are in good agreement with the experimental results. The characteristics of negative pressure wave generation and propagation in micro-gas-containing liquid pipeline are obtained, which can provide theoretical and technical guidance for the improvement of sensitivity and leak location accuracy of leak detection system based on negative pressure wave method. It is of great significance to detect the leakage of liquid pipeline containing trace gas.
【學位授予單位】：中國石油大學(華東)
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TE973.6

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本文編號：1546235