管道运输由于具有成本低、运输快、供给稳定等特点,已成为石油、天然气、生活用水、工业废物、工业原燃料等物质的基本运输工具,并与铁路、公路、航空、水运并列为五大基本运输方式之一,在人类生产、生活中起了非常重要的作用。管道在使用过程中由于腐蚀、磨损、人为破坏等原因会造成管道内流体的泄漏,给管道运输带来安全危害。当输送介质为易燃、易爆或有毒、有害物质时,发生泄漏会造成巨大的损失和环境污染,因此,管道泄漏的早期检测越来越受到工程界的关注。本文对管道气体泄漏处声源产生机理、泄漏处的声学特性、弹性波在管道中的传播特性、弹性波在波导杆中的传播特性、基于波导杆辅助检测管道气体泄漏的方法等几个方面进行了深入的研究,为基于声发射方法早期检测管道气体泄漏打下良好的基础。1.连续声源产生机理的仿真研究管道气体泄漏是一复杂的喷流过程,利用FLUENT有限元分析软件对管道气体泄漏喷流流场进行数值模拟,得到管道气体泄漏时的流场分布、喷流速度,并拟合泄漏喷流时的最大泄漏速度的分布函数。在流场分析结果的基础上应用MATLAB对声场进行数值模拟,得出泄漏声发射声强与流场中的参数如泄漏孔径、泄漏内压的关系。2.管道气体泄漏处声发射特性实验研究在实验室内建立承压管道气体泄漏声发射实验装置,对气体泄漏处的声发射信号进行分析研究。重点分析了泄漏声发射信号的频率范围及幅度随管道内部压力、泄漏孔径变化的影响规律,分析结果与管道气体泄漏的数值模拟结果相吻合。3.管道上点声源引起弹性波的传播特性研究管道上点声源引起的弹性波向周围和沿管长方向向前传播。通过对弹性波在管道中传播的声发射实验研究,得出弹性波在管道上传播的衰减、波速等特性。4.连续声源引起弹性波在管道上传播的特性研究通过对承压管道气体泄漏声发射特性实验和声发射信号分析,得到声发射信号的幅度、能量、频谱随压力、泄漏孔径大小、传播距离的变化规律,并拟合出声发射信号幅度值随传播距离的衰减曲线。5.用波导杆辅助检测管道气体泄漏方法研究针对特殊工况条件下管道气体泄漏,需采用波导杆进行辅助检测。本文分别对三种不同长度,七种不同直径的波导杆进行实验研究。研究结果表明,不同结构型式的波导杆对点声源引起的声发射波形和谱有一定的影响,对连续声源则影响较小。通过建立用波导杆辅助检测管道气体泄漏的声发射实验系统,研究带有波导杆管道的气体泄漏声发射检测方法,并探讨不同压力、不同直径泄漏孔径下的声发射信号特征。