钢桶泄漏流激振动结构响应分析与实验研究

目的为了探究钢桶泄漏产生声发射检测技术的基本原理和实验方法,建立钢桶泄漏仿真模型和实验模型。方法首先介绍钢桶气体泄漏产生声发射信号的机理和流固耦合的基本原理;其次建立钢桶泄漏模型,通过Workbench流固耦合方法模拟流激振动下结构响应特征;然后根据声发射检测原理搭建钢桶泄漏声发射检测实验平台,采集实验数据并分析处理,探讨漏孔直径、内压与钢桶泄漏各特征参数的关联,结合频域分析,得到能够表征钢桶泄漏的特征参数与特征激振频率;最后将得到的泄漏声发射信号特征与仿真结果进行比较。结果钢桶气体泄漏流激振动的激振频段为22～40 kHz,峰值频率约为25 kHz。结论钢桶泄漏的仿真模拟结果与实验检测得到的结构响应基本一致,钢桶泄漏的仿真与实验研究方法为钢桶气体泄漏在线检测技术的研究提供了依据。     

氢泄漏稳定扩散场数值模拟与回归建模研究

研究了室外无风环境下高压储氢容器泄漏稳定扩散问题。首先应用组分传输模型以及计算流体力学软件FULENT的Realizable湍动能-耗散率(k-ε)模型对泄漏扩散过程进行模拟和数值仿真,得出了泄漏口附近稳定扩散对称面氢气浓度分布图。在此基础上,对仿真获得的扩散浓度数据,采用依次针对射流方向和射流垂直方向进行回归分析的方法,建立了10MPa压力储氢容器漏孔直径为1mm时泄漏稳定扩散场的参数模型。结果表明,数值模拟计算与理论预测的流场基本吻合,而稳定扩散场的参数模型反映了数值仿真结果,并具有一定的推广能力。     

基于声发射信号的钢桶泄漏检测

目的研究基于声发射信号的钢桶泄漏检测方法。方法利用声发射传感器、前置放大器、采集卡和计算机搭建采集系统,分析漏孔直径为0.2 mm和无泄漏状况下泄漏频率特点。对采集的声发射信号采用小波包分解,提取了泄漏信号的3个特征频段(16~30 kHz,33~47 kHz,95~102 kHz)的能量特征,将其作为支持向量机的输入特征向量,对已经训练好的支持向量机进行测试,判断钢桶是否泄漏。结果经试验测试,判断准确率达100%。结论通过小波包能量与支持向量机相结合的方法,可以成功地对直径0.2mm及以上漏孔的钢桶泄漏进行检测。     

基于声发射理论的阀门气体内漏量化检测研究

通过理论分析和实验研究的方法,建立阀门内漏过程中气体体积泄漏率与声发射信号特征参数均方根(AERMS)量化关系。利用研制的实验平台对阀门气体内漏进行检测实验,并探讨了泄漏率、阀门类型等参数对声发射信号特征参数均方根的影响。实验表明阀门发生气体泄漏时产生的声发射特征信号参数均方根能有效反应气体体积泄漏率,且声发射检测技术对阀门泄漏率检测误差在10%以内,因此可以利用声发射技术检测阀门是否内漏并估算其泄漏率。     

消声器膨胀腔气流再生噪声产生机理及抑制研究

结合大涡模拟和声比拟方法,对膨胀腔消声单元内部的流场及气流再生噪声进行了分析。建立流场数值仿真模型,采用大涡模拟方法对膨胀腔内部非稳态流动进行计算。建立声场仿真模型,通过提取流场信息计算气流再生噪声的声源分布。结合声比拟方法,将气流噪声源导入声场网格中计算远场响应点的气流噪声声压值,仿真结果与实验结果在声压级及共振频率上都吻合良好。根据腔内气流再生噪声产生的机理,选用穿孔管对气流再生噪声进行抑制。搭建气流再生噪声实验台,并加工实验样件,对不同气流速度下的穿孔管膨胀腔的噪声抑制效果进行分析验证。研究结果表明:穿孔管膨胀腔通过阻断强剪切层的形成可以有效抑制腔内低频气流再生噪声,并且随着气流速度的增加,抑制效果向中高频范围扩展;穿孔管膨胀腔对气流再生噪声声压级的抑制效果随着气流速度的增加而增强。     

基于声发射的真空泄漏在线检测技术研究

真空泄漏是气体动力系统运行过程中的常见故障,传统的氦质谱检漏无法实现对真空泄漏的在线检测。本文利用声发射技术阐述了基于声发射信号的真空泄漏在线检测原理,通过真空泄漏声发射检测模拟试验,并利用参数特征分析法和平均频谱分析法对不同泄漏孔径下产生的声发射信号的特征进行了研究,得到了相应的小波包归一化频带能量分布特征。研究结果表明,真空泵运行的平均时域信号频带在20kHz以下,气体泄漏激发出大量的高频声发射信号,泄漏信号参数特征值与泄漏孔径的大小密切相关,泄漏信号的归一化能量分布一致性较好。声发射技术对于真空泄漏的在线检测及泄漏量评价等有实际意义。     

面向阀门内漏声发射检测的支持向量机分类建模

针对阀门泄漏声发射检测的研究中存在回归建模不准确的问题,综合考虑实际应用需要,开展了阀门液体泄漏的分类建模研究。分析了阀门泄漏声发射的机理和基本特征,建立了阀门泄漏声发射信号特征量与泄漏等级的支持向量机分类模型。在工业生产现场进行阀门泄漏声发射信号采集实验,对采集到的信号进行预处理和特征提取。采用网格搜索法寻找最优训练参数,建立最优的支持向量机分类模型,模型预测结果表明:阀门泄漏预测模型识别准确率在93%以上。     

基于混沌-BP神经网络的真空泄漏声发射在线检测技术

随着空间科学技术的不断发展,人们进行的空间活动日益增多。与此同时,空间碎片的数量也随之急剧增多,这使得在轨航天器遭受空间碎片等动能颗粒撞击可能性不断增加,航天器发生密封结构泄漏的可能性越来越大。航天器泄漏不仅会造成航天活动的失败,更会威胁航天员的生命安全,因此,在轨航天器真空泄漏声发射在线检测技术研究具有十分重要的意义。本文以声发射技术为基础,利用精细平均功率谱分析法对不同泄漏孔径下产生的声发射信号特征进行提取分析,并与改进的混沌-BP神经网络模式识方法相结合实现对信号进行分类,从而实现泄漏检测以及漏孔大小评估。通过真空泄漏声发射检测实验验证,本方法最小可检0.4 mm直径的漏孔,满足在轨航天器微弱泄漏检测的需求。     

输气管道气体流经阀门气动噪声产生机理分析

为区分输气管道泄漏音波与阀门噪声,为输气管道音波法泄漏检测提供理论依据及数据库、控制阀门噪声提供解决办法,从音波产生机理角度采用CFD软件耦合专业声学软件方法对输气管道气体流经阀门产生的气动噪声进行研究,建立气动噪声模型,探究气动噪声产生机理及传播、衰减规律。在CFD（Computational Fluid Dynamics）软件中采用大涡湍流模型对气体流经阀门时的瞬态流场求解分析,获得流场分布如脉动压力、脉动速度数据;将CFD计算所得数据导入专业声学软件进行联合仿真,生成气动噪声源项,包括偶极子声源及四极子声源,建立气动噪声产生传播模型,求解输气管道气体流经阀门的气动噪声。     

EMD信号分析方法的声发射管道泄漏检测研究

针对管道泄漏声发射检测信号的非平稳特征,提出了基于经验模态分解(EMD)的信号分析方法。该信号分析方法将管道泄漏产生的声发射信号通过EMD分解为多个平稳的固有模态函数(IMF)之和,选择包含声发射特征的若干IMF分量进行重构,可以提取到管道泄漏声发射信号的本质特征,消除噪声信号的干扰。通过对重构后的信号进行互相关分析计算,使基于声发射方法的管道泄漏检测的定位精度得到较大提高,验证了Hilbert-Huang变换是表征声发射信号的非平稳特征及信号参数提取的有效工具。     

基于声发射信号EMD-WPD特征融合的航天器在轨泄漏辨识方法

长期运行在空间环境中的航天器可能由于撞击、振动、老化等因素而发生气体泄漏,在轨泄漏辨识对航天器安全保障具有重要意义。提出了一种基于声发射信号经验模态分解(empirical mode decomposition,EMD)和小波包分解(wavelet packet decomposition,WPD)特征融合的航天器泄漏辨识方法,首先将声发射信号分别通过EMD和WPD分解成为不同频率范围内的子带信号,考虑能量特征误差与不稳定性,提取信号无量纲因子和频率特征参数并应用Relief F算法选取特征。最后,构建支持向量机(support vector machines,SVM)机器学习数据库,训练泄漏分类模型并利用测试集交叉验证模型分类精度。结果表明,EMD和WPD分解特征并行融合分类模型可显著提高辨识精度,最高可达96.9%,且输入特征数量少,是一种具有应用前景的航天器在轨气体泄漏辨识方法。     

气体管道泄漏声源特性研究

气体管道泄漏声源的特性决定了声波法气体管道泄漏检测的精度和适应性。为探究气体管道泄漏声源的特性,建立了气体管道泄漏的物理模型,研究了相应的声波产生机理。分析了不同泄漏口径、不同管道压力下的泄漏声源特性并与实验结果进行了对比。结果表明:气体管道泄漏产生的声源以四极子声源为主,泄漏声波能量主要集中在50 Hz以下,声压级均值随管道内压和泄漏口径的增大而增大。仿真结果与实验结果对比表明,基于该仿真方法对输气管道泄漏的声源特性分析是可行的。     

Multiple failures of API 5L X42 natural gas pipe: Experimental and computational analysis

Multiple failures of API 5L X42 (X42) coal–tar coated natural gas feeder line due to vertical jetting of high pressure erosive slurry was studied experimentally and computationally. Computational Fluid Dynamic (CFD) was used as the simulation tools to study the flow pattern, velocity distribution and strain rates on pipe surface. Experimental work was performed to determine the erosion pattern. Three different diameters of jetting sources produced three distinct impact patterns were clearly identified. These patterns were frequently referred in the experimental study. A CFD simulation result shows that the highest shear strain rate area coincides with the leakage point. These results thus support the hypothesis that it is very likely that the failure of the gas pipeline was caused by the high pressure water jet gusting from the failed welded joint of the water pipeline.     

Analysis of the particle collision behavior in spiral jet milling

Collision behaviors of particles in spiral jet milling were analyzed by using a simulation. The motion of the particles was tracked by the discrete element method (DEM), and the air flow was represented by the computational fluid dynamics (CFD). The DEM was coupled with the CFD by a one-way coupling method. The simulated air flow was validated by comparing the fluid velocity field with the measured one in a model experiment. Furthermore, the air flow and particle behaviors in a spiral jet mill used commercially were analyzed by using the simulation. As a result, the particles with a region balancing between centrifugal and radial drag forces could be mainly ground by the high-speed collisions between the particles circulating near the top and bottom walls of the grinding chamber.     

基于声比拟的压力管路阀门内漏噪声数值预报研究

阀门内漏对压力管路系统安全运行具有很大危害。基于声比拟理论,使用Fluent软件分别进行稳态及非稳态计算,获得阀门内漏的流场和声场特性。研究了管内介质、工作压力、横向距离以及阀门泄漏度对阀门内漏噪声的影响。通过实验对数值模拟方法的正确性进行了验证。研究表明,阀门内漏流场旋涡与噪声直接相关。阀门内漏的声场信号为宽频随机信号,气阀内漏声场强度大于水阀,声压级随工作压力的增大而增大,并且随阀门泄漏度和阀后横向距离先增后减。研究结果可为阀门内漏的噪声预报以及阀门内漏检测提供借鉴。     

特定生产现场纳米粉体泄漏扩散的数值模拟

运用计算流体动力学软件FLUENT对某厂生产厂房内纳米粉体泄漏扩散进行模拟,分析大气风速、射流方向对粉体泄漏的扩散浓度和危险性区域的影响。结果表明:大气主导风速对气体扩散浓度和危险性区域影响较大,射流方向和风速一致时,vx=-3 m/s比在vx=-1 m/s条件下危险性区域扩大4 m,分析得出vx=-2 m/s时,扩散区域在x=28～35 m,y=25～28 m,z=1～4 m内。采用三维激光多普勒测速技术,对生产现场100∶1缩微模型进行速度场测量,并将测量结果与数值模拟结果进行对比。结果表明:两者颗粒速度基本吻合,说明采用计算流体动力学技术对生产现场纳米粉体泄漏扩散行为的模拟是可行的。     

风洞射流和汽车绕流对声传播的影响

汽车风洞气动噪声测试中,由于射流和汽车绕流场的存在,流场外测量不能获取汽车声源的准确信息?研究以两种流场对声传播方向(声源漂移量)的影响开展?通过在风洞射流核心区安放特定声源和实车的试验,分别得到了射流和汽车绕流场对声传播的影响?研究表明两种流场对声传播都会产生较大影响,试验分析应加以考虑;研究分别对风洞射流和汽车绕流进行了气动数值仿真,据此拟合出剪切层和汽车绕流场速度分布线性化模型,并结合几何声学方法,建立了连续多层均匀运动介质声传播模型,得到了预测射流和汽车绕流产生声漂移量的方法?研究表明该方法可以有效预测风洞声学实验中介质运动对声传播方向的影响,并可用于风洞声学试验中流动对传播方向影响的修正?