[发明专利]基于逆瞬态模型的城市非金属管道泄漏定位方法

说明书

本发明提供一种基于逆瞬态模型的城市非金属管道泄漏定位方法，使用Fluent软件模拟非金属管道泄漏和无泄漏状态下的压力、流量、流速等参数分布，找出两种状态下各参数随时间和空间变化的规律；在实验室进行非金属埋地管道泄漏模拟试验，分别在泄漏和未泄漏状态下测量管道的流量、流速以及多处的压力参数数据；根据模拟软件得到的各参数变化规律，建立非金属管道泄漏状态的逆瞬态模型并对实验数据进行分析；应用全局和局部算法，确定收敛性最好的目标参数J_k和τ_k，得出瞬态求解器计算出的测压头；计算出的测压头与实验所得测压头代入逆瞬态模型，以确定泄漏大小和位置。与现有技术相比，该方法只需测量管道压力、流量参数即可，易实现。

技术领域

本发明涉及城市非金属管道泄漏检测技术领域，特别是涉及一种基于逆瞬态模型的城市非金属管道泄漏定位方法。

背景技术

非金属管材具有强度高、密度小、耐腐蚀性强、绝缘性优、使用寿命长等优点，在石化行业、建筑业、市政工程、农业等领域需求不断加大，促使非金属管道得到快速发展。但同时管道由于质量，第三方破坏等问题发生泄漏，造成人员伤亡和财产损失。管道的安全形势十分严峻，泄漏、火灾、爆炸等因素也日益为公众所关注。为了保障城市管道的安全运行，开发管道泄漏检测技术十分必要。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：为了克服现有技术中的不足，本发明提供一种基于逆瞬态模型的城市非金属管道泄漏定位方法，通过管道模拟和实地检测相结合，以实现管道泄漏精确定位。

本发明解决其技术问题所要采用的技术方案是：一种基于逆瞬态模型的城市非金属管道泄漏定位方法，该种方法主要用于检测复杂的存在弯折，众多阀门、仪表和管支的城市管道中较大流量压力下的泄漏，包括以下步骤：

S1：用AnsysIcem对管道进行建模，使用Fluent软件模拟非金属管道泄漏和无泄漏状态下的压力、流量、流速等参数分布，分别找出非金属管道泄漏和无泄漏状态下的压力、流量、流速等参数随时间和空间变化的规律；

本发明利用ICEM建模，用Fluent16.0模拟，在保证模拟精度达标且准确可靠的前提下，依据实际情况对管道泄漏的物理模型加以简化。模拟中假定埋地非金属管长24m，并且距离管道进口6m处存在一个泄漏孔，泄漏孔为圆形，大小为1.5mm，位于管道正上方，管道壁厚7.5mm，管道材质为聚乙烯(PE)。

通过ICEM建模对管道网格划分，对于整体管道网格，选择性加密了两侧管壁和泄漏孔，泄漏孔处加密，为保证网格质量，整体管道共有437002个非结构网格，且质量均在85.5％以上，网格数量和质量满足计算精度要求。

S2：在实验室进行非金属埋地管道泄漏模拟试验，分别在泄漏和未泄漏两种状态下测量管道流量、温度及多处的压力等参数数据，与步骤S1中获得的模拟结果对比和验证，突出泄漏状态下的规律，获得实验管道测量到的测压头；

S3：根据步骤S2中模拟软件模拟得到的压力、流量、流速等变化规律，建立非金属管道泄漏状态的逆瞬态模型；

逆瞬态模型，为实现计算出的测压头和实验测量到的测压头之间的加权均方误差最小化，具体如下

其中，OF为目标函数(用于实现泄漏定位)；DT为观测到的水力瞬变事件的时间步数(优化中使用的第一个时间实例，t＝1，表示瞬态事件的开始)；H为通过瞬态求解器计算出的测压头；H^*为实验设施中测量到的测压头；n^H为系统中压力观测点的数量；H_t,j为不同测量节点和泄漏时间下的通过瞬态求解器计算出的测压头，H*t,j为不同测量节点和泄漏时间下的实验设施中测量到的测压头；j为测量节点；t为泄漏后的时间，取t＝1,2,3…10。