微含气液体管道泄漏负压波试验研究.pdf

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1、中图分类号：TE832单位代码：10425学号：S12060779微含气液体管道泄漏负压波试验研究ExperimentalStudyonNegativePressureWaveCausedbyLeakofLiquidwithTraceAmountofGasinPipeline学科专业：油气储运工程研究方向：油气长距离管输技术作者姓名：高凌霄指导老师：张树文副教授二〇一五年四月ExperimentalStudyonNegativePressureWaveCausedbyLeakofLiquidwithTraceAmountofGasinPipelineAThesis

2、SubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：GaoLingxiaoSupervisor：A.Prof.ZhangShuwenCollegeofPipelineandCivilEngineeringChinaUniversityofPetroleum(EastChina)摘要本文基于气液两相流理论和瞬变流理论，采用试验研究、理论分析、数值模拟三种研究方法，对体积含气率低于2%的液体管道泄漏负压波的生成、传播及衰减规律进行研究，为负压波法在微含气液体管道的泄漏检测系统中的应用提供理论和技术基础。基于长度为375米、管径为DN25的30

3、4不锈钢管道，自行设计实验装置及数据采集系统，用MATLAB编制程序对采集的数据进行处理分析。利用实验系统进行了以下试验与模拟工作。（1）用透明管在首、中、尾三段处置换不锈钢管，观察到在体积含气率低于2%时气液混合物的流动状态及在流动过程中流型的演化规律，为负压波在微含气液体管道内的传播特性研究提供了支撑，并验证了影响流型的主要因素是含气率和气泡间碰撞机率。（2）测得了不同体积含气率下的压力波传播速度，并对已有的波速公式进行了修正，修正后的公式经验证与试验结果吻合良好；（3）验证了泄漏处向上游和下游传播的负压波大小相等，得出泄漏处负压波的大小与泄漏量之间的关系。（

4、4）用机械波的衰减理论对负压波的衰减进行研究，测得试验数据满足衰减指数模型，通过数据拟合得出衰减指数；计算出压力最大变化速率，发现其绝对值也满足指数衰减模型，求得衰减指数；分别分析了与同体积含气率β之间的关系。（5）用均相流模型对负压波传播进行模拟仿真，采用特征线解法，摩阻项中采用拟稳态摩阻系数，得出的衰减模拟结果要低于试验值，通过添加附加摩阻项对拟稳态摩阻系数进行修正，可以得到与试验结果吻合良好的模拟结果。通过本文的研究工作，得出了负压波在微含气液体管道中的生成及传播特性，可以为基于负压波法的泄漏检测系统的灵敏度和泄漏定位精度的提高提供了理论和技术上的指导，对含

5、有微量气体的液体管道泄漏的检测具有重要的意义。关键词：微含气，液体管道，泄漏，负压波，传播特性，衰减理论，模拟仿真iExperimentalStudyonNegativePressureWaveCausedbyLeakofLiquidwithTraceAmountofGasinPipelineGaolingxiao（Oil&GasStorageandTransportationEngineering）DirectedbyA.Prof.ZhangShuwenAbstractInthispaper,coveringtwo-phaseflowtheoryandtrans

6、ientflowtheory,Itakethreemethodsincludingexperimentalresearch,theoreticalanalysisandnumericalsimulationtostudythatpropagationandattenuationlawofthenegativepressurewavewhichisgeneratedfromthegasvolumefractionintherangeof0to2percentoftheoilpipelineleak.Theresultsprovideatheoreticalandte

7、chnicalfoundationforleakdetectionliquidwithtraceamountofgasinpipeline.Basedonthelengthof375meters,304stainless-steelpipethatdiameterisDN25,Idesignedthetestequipmentanddataacquisitionsystems,collecteddatathroughdataacquisitionsystems,didthedataprocessingandanalysiscollectedthroughMATLA

8、Bprog