夹套结构内管泄漏声学检测方法及实验研究.pdf

《夹套结构内管泄漏声学检测方法及实验研究.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第44卷第2期化工机械145夹套结构内管泄漏声学检测方法及实验研究李伟张佳艳龙飞飞刘延军(东北石油大学机械科学与工程学院)摘要基于自由喷流动力学，研究了夹套结构内管泄漏的声学检测问题。利用数值模拟的方法探究出夹套内管喷流流场和喷流声场在小孔泄漏时的特征，得到了随内管泄漏孔径变化的泄漏流场和泄漏声场变化曲线图。在此基础上建立夹套结构内管泄漏声学检测实验系统，分析在夹套内管泄漏过程中泄漏噪声沿夹套壁面的传播特性以及内管泄漏孔径对检测结果的影响。结果表明：泄漏流场的声场分布可以确定噪声来源，且声场分布随内管泄漏孔径的变化而改变。关键词夹套结构泄漏流场模拟声场

2、模拟声发射检测中图分类号TQ051．5文献标识码A文章编号0254．6094(2017)02-0145-05随着夹套设备的大量使用，夹套结构主体的泄漏事故频发，其后果是非常严重的，而且不易发现⋯。如果没有及时进行有效检测，忽视了设备的维护与管理，致使设备相关责任事故时有发生，所带来的风险也难以想象¨1。目前利用数值模拟方法来解决气动声学问题，一般有两种类型，一种是直接模拟，运用一些经过特别处理的CFD方法进行模拟。近年来，CFD仿真技术在流场模拟和结构优化方面已经取得了一些可喜的应用¨1。另一种是声类比，例如Lighthill的声类比"。，忽略流动对声

3、波的影响。国内外对泄漏的检测已经有不少成功的案例，比如管道气体、阀门气体泄漏检测等，但这些都是外部环境开放的自由空间，而夹套结构内漏是发生在有限空间内的。笔者以夹套结构设备内管气体泄漏这一工程问题为研究背景"o，通过CFD模拟，分析并显示流体流动过程中发生的现象’6。。借助Fluent软件¨。，对泄漏过程进行数值模拟，并分析泄漏孔径对泄漏流场分布的影响，进而确定噪声的来源并对其频率、声功率级等声源特性进行研究分析‘8。。在对数值模拟结果分析的基础上，开展夹套结构内管泄漏的声学检测实验p。。1模型建立与前处理使用Gambit软件绘出图1所示的计算模型，为

4、了保证数值模拟的准确性和高效性¨0I，笔者以二维模型数值模拟夹套管泄漏的全过程。所模拟区域为115mm×140mm，模型网格划分采用四边形单元，对于重点关心的射流区域进行网格细划㈨。图1夹套结构内管泄漏模型作者简介：李伟(1970一)，教授，从事声发射检测与评价技术的研究。联系人：张佳艳(1991一)，硕士研究生，从事声发射检测与评价技术的研究，384835933@qq．com。146化工机械2017焦模型的左侧区域(菇轴负方向)表示夹套内管部分，设置的边界类型为压力入口P．=0．2MPa；模型的右侧区域(戈轴正方向)表示夹套结构的外管和内管之间的夹套

5、空间，在省=35mm处设置为固壁，采用无滑移固壁条件，夹套空间的上下两侧设置的边界类型为压力出口P。=0．1MPa。气体从左侧夹套内管空间经泄漏孔高速喷射到右侧的夹套空间，选择的湍流模型为RNGk-e方程，它可以快速准确地响应强烈应变和流线的弯曲¨⋯；压力速度耦合采用SMPLEC算法¨3。，再分别建立泄漏孔径D为1．0、1．2、1．5、1．8、2．0mm的计算模型，对夹套空间内的变化进行模拟分析。2泄漏流场模拟分别模拟1．0—2．0mm泄漏孔径对流场分布规律的影响，5个泄漏孔径下的轴向速率沿对称轴的对比瞌线如图2所示。随着泄漏孔径的增大，泄漏喷流的初始

6、流速也随之增大，但增大的幅度较小。不同泄漏孔径下，轴向速度沿对称轴的衰减规律具有一致性。在不同泄漏孑L径下，近壁处的径向速度沿壁面的分布曲线如图3所示，可以看出各条曲线具有相似的变化规律。从冲击点开始，径向速度从零开始迅速增大，在冲击区边缘达到最大值，随后沿壁面方向逐渐衰减。最大径向速率随泄漏孔径的增大呈梯度增大的规律，具体迭代模拟数据结果见表1。轴m趴离／ram图2轴向速度对比图3近壁处的径向速度对比表1不同泄漏孔径下的主要流场参数3泄漏声场模拟分别对1．0～2．0mm泄漏孑L径的泄漏声场噪声进行计算，进而剖析5个泄漏孔径下的声场分布变化，图4所示是

7、5个泄漏孔径下沿z轴的声功率曲线图，可以看出，随着泄漏孔径的增大，喷图4声功率级沿髫轴的分布第44卷第2期化工机械147流速度随之增大，与固壁边界的相互作用更加剧烈，从而激发的噪声声强也就更大¨“。在泄漏孔径较大时，边界噪声的强度超过了泄漏孔附近的喷流噪声¨“，其最大声功率级随泄漏孔径的变化曲线如图5所示，可以看出泄漏噪声的声功率级随泄漏孔径线性增大。4泄漏实验研究本文研究的问题为夹套结构内管泄漏¨6

8、，所以气体冲击和声场辐射声压在夹套外管引起的振动是需要研究和评估的。通过在夹套结构外壁布置压电陶瓷传感器以研究不同泄漏孔径下传感器的响应电平，并依照声发

9、射特征值进行泄漏强度评价。17o。图6为夹套结构泄漏声发射检测系统，主要由两部分组成：夹套结构