輸氣管道泄漏聲源特性及其變化規(guī)律

葉迎春　張來斌　王金江

輸氣管道泄漏聲源特性及其變化規(guī)律

葉迎春張來斌王金江

中國石油大學(xué)(北京)

葉迎春等.輸氣管道泄漏聲源特性及其變化規(guī)律.天然氣工業(yè),2016, 36(8): 124-131.

泄漏聲源基本特征及變化規(guī)律是聲波傳播研究的基礎(chǔ),對泄漏信號預(yù)處理、特征準(zhǔn)確提取及泄漏識別算法改進(jìn)具有重要意義.為此,以輸氣管道泄漏噴注產(chǎn)生的聲源為研究對象,基于氣動聲學(xué)理論推導(dǎo)泄漏噴注流場中的聲源項構(gòu)成,建立了泄漏聲源區(qū)域三維仿真模型,基于M?hring聲類比提取高馬赫數(shù)和高雷諾數(shù)流場中的等效聲源,采用氣動噪聲混合數(shù)值模型進(jìn)行仿真.分析過程中提取了不同條件下(壓力及泄漏孔徑)泄漏聲源的質(zhì)點最大速率和平均速率、聲壓級及聲功率級等基本特征參數(shù),并利用管道泄漏模擬測試平臺進(jìn)行驗證,明確了泄漏聲源基本特征及其變化規(guī)律.研究結(jié)果表明:①泄漏噴注噪聲主要是由氣體高速噴射湍流和氣固耦合引起的,聲源以四極子和偶極子為主;②針對管道運(yùn)行壓力和泄漏孔徑,得出了泄漏聲源基本特征參數(shù)的變化規(guī)律;③泄漏產(chǎn)生的能量集中于低頻部分,各頻段(小于等于200 Hz)能量分布分析結(jié)果表明0～20 Hz能量比大于等于0.81,無泄漏及正常輸送條件下能量分布趨于平均,可作為泄漏識別的特征指標(biāo).

輸氣管道 泄漏 聲源特性 聲場仿真 能量比 聲類比 聲壓級變化規(guī)律 聲功率級變化規(guī)律

天然氣長輸管道運(yùn)行過程中由于腐蝕和第三方破壞等因素引發(fā)的泄漏事故時有發(fā)生,嚴(yán)重威脅輸氣生產(chǎn)運(yùn)行和管道沿線安全.輸氣管道泄漏監(jiān)測技術(shù)可以實時進(jìn)行泄漏識別和定位,對降低事故損失、提升管道安全管理水平具有重要意義.目前,天然氣管道泄漏檢測方法大都移植于輸油管道[1],由于天然氣的壓縮性導(dǎo)致部分方法識別準(zhǔn)確率和定位精度降低,如基于壓力波原理的泄漏監(jiān)測方法.針對天然氣輸送管道的特性,基于聲波的檢測法[2-3]成為重點研究方向之一.利用聲波傳感器(麥克風(fēng))采集泄漏過程產(chǎn)生的管內(nèi)聲壓變化(動態(tài)壓力)[4],實現(xiàn)泄漏識別和定位.為了提升泄漏識別準(zhǔn)確率和定位精度并降低誤、漏報率,國內(nèi)外學(xué)者對聲波信號分析與處理[5]、模式識別算法改進(jìn)和優(yōu)化[6]進(jìn)行了相關(guān)研究,但對泄漏聲源的基本特性研究較少.天然氣管道泄漏時,在內(nèi)、外壓差作用下產(chǎn)生氣體噴注,其發(fā)聲機(jī)理可視為氣動噪聲,筆者應(yīng)用氣動聲學(xué)理論分析泄漏聲源的構(gòu)成,利用計算流體力學(xué)和計算聲學(xué)工具建立數(shù)值仿真模型,分析了天然氣管道泄漏聲源基本特性,并利用管道泄漏模擬測試平臺驗證相關(guān)數(shù)值仿真結(jié)論,以期為泄漏信號特征提取提供依據(jù).

1　輸氣管道泄漏聲源構(gòu)成及聲類比

天然氣管道泄漏聲波由流體與流體相互作用及流體與固體耦合產(chǎn)生[7].應(yīng)用氣動聲學(xué)結(jié)合流體力學(xué)基本方程,可得出泄漏噴注流場中聲源項.從N-S方程出發(fā),可得到Lighthill波動描述方程:

式中Tij= ρνiνj+pij-c2ρδij(i, j=1,2,3),Tij表示萊特希爾湍流應(yīng)力張量,N/m2;ρ表示氣體密度,kg/m3;c表示本地聲速,m/s;xi、xj為笛卡爾坐標(biāo);δij表示克羅內(nèi)克符號,當(dāng)角標(biāo)相等時取值為1,當(dāng)角標(biāo)不相等時取值為0;pij表示聲壓,Pa;νi、νj表示速度,m/s; t表示時間,s.

Williams等[8]、Brentner等[9]和Lockard[10]應(yīng)用廣義函數(shù)解決了運(yùn)動物體在流體中的發(fā)聲問題,得到FW-H方程:

式中δ(f)表示Dirac函數(shù).右側(cè)3項為聲源項:單極子聲源、偶極子聲源和四極子聲源.由于輸氣管道內(nèi)部壓力大,氣體具有可壓縮性,氣體流動處于紊流狀態(tài).管道發(fā)生泄漏時,氣體高速噴出管道,在泄漏孔附近形成高速射流區(qū)域,由質(zhì)量流引起的單極子聲源可以忽略,天然氣管道泄漏聲源可以近似看成是由偶極子聲源和四極子聲源組成.

傳統(tǒng)方法應(yīng)用Lighthill聲類比[11]分析聲源特性,該聲類比主要用于低馬赫數(shù)(M<0.2)流動和線性聲場,且忽略聲波傳播過程中的對流效應(yīng),無法精確提取高馬赫數(shù)泄漏噴注流場的聲源項,并真實反映氣動噪聲的分布情況.M?hring聲類比[12]可對非線性聲場和非均勻介質(zhì)聲傳播進(jìn)行精確計算,同時考慮了聲波與氣流的相互作用[11],可用于提取高馬赫數(shù)和高雷諾數(shù)流場中的等效聲源.M?hring聲類比中面聲源項(RS)和體聲源項(RV)分別對應(yīng)泄漏聲場中的偶極子聲源和四極子聲源,其計算形式如下:

式中Na表示有限元的形函數(shù);ρ和ρT分別表示靜密度和滯止密度,kg/m3;u、ν、w分別表示x、y和z方向的速度分量,m/s;τij表示黏性應(yīng)力張量(i=1,2,3; j=1,2,3),(N.s)/m2;s表示熵,J/K;ω為角速度, rad/s;ni表示積分面法向單位矢量;T表示溫度,K.其中與有關(guān)的項分別代表黏性效應(yīng)、熵變和密度波動有關(guān)項;S表示面積,m2;V表示體積,m3.

2　輸氣管道泄漏聲源仿真模型

計算氣動聲學(xué)包括直接CFD計算法、混合方法和半經(jīng)驗方法等[13-14].考慮計算量及計算精度等因素,混合方法最適用于氣動聲學(xué)數(shù)值仿真.該方法將噪聲源與聲傳播分開進(jìn)行計算,首先采用CFD軟件進(jìn)行非定常流場計算,將CFD計算結(jié)果導(dǎo)入氣動聲學(xué)軟件,提取等效聲源,使用聲學(xué)求解器進(jìn)行聲場計算.混合方法主要包括兩種聲源提取方法:聲類比法和積分法.聲類比法有Lighthill聲類比[11]、M?hring聲類比[12]等,積分法主要包括Curle[15]、Lighthill[11]、Green函數(shù)等方法.綜合比較選用M?hring聲類比進(jìn)行聲源提取,利用Fluent和Actran-AeroAcoustics軟件建立天然氣長輸管道泄漏過程氣動噪聲混合模型(CFD/CAA),對非定常泄漏噴注聲源產(chǎn)生的聲場進(jìn)行數(shù)值仿真分析[14].

2.1流場模型建立

天然氣管道泄漏過程中,泄漏孔附近(內(nèi)部及外部泄漏噴流區(qū))氣體流速較大,幾何模型同時考慮了管道泄漏孔處內(nèi)外部.管段總長為200 mm,管徑為168 mm(與實驗測試平臺管徑一致).考慮測試時閥門的影響,泄漏噴流區(qū)的長度約為孔徑長度的5倍.泄漏孔徑設(shè)置為5種情況,流場幾何模型如圖1所示.計算流體力學(xué)模擬過程分為兩部分:穩(wěn)態(tài)模擬和瞬態(tài)模擬.穩(wěn)態(tài)湍流模型采用標(biāo)準(zhǔn)k-ε雙方程,求解未泄漏和泄漏流場的穩(wěn)定狀態(tài),用于分析泄漏流場的壓力和速度等參數(shù)在流場的分布情況.瞬態(tài)模擬用于研究在時間尺度上泄漏流場參數(shù)的變化規(guī)律,使用LES大渦模擬提取引起湍流噪聲參數(shù)并進(jìn)行時頻域分析[16].邊界條件設(shè)定如下:管道入口邊界、出口邊界和泄漏噴注口末端端面均為壓力出口,其余各面設(shè)置為標(biāo)準(zhǔn)壁面[17-18].管內(nèi)介質(zhì)為理想氣體由甲烷和乙烷組成(甲烷、乙烷分別占96%和4%),管外為大氣,管壁為鋼材.

圖1　管道泄漏噴流模型圖

2.2聲場模型建立

由波動方程式(2)可知,天然氣管道泄漏聲源特性由流場介質(zhì)密度分布和質(zhì)點速度等因素決定,聲源主要由高速氣體內(nèi)部湍流和與管壁作用引起振動形成,通過管道內(nèi)介質(zhì)向兩側(cè)傳播,因此設(shè)置泄漏聲場模型如圖2所示.結(jié)合實驗條件,考慮閥門及旁通等影響因素,數(shù)值仿真模型中聲源區(qū)域包括兩部分:泄漏噴注區(qū)和與泄漏口尺寸相當(dāng)?shù)墓軆?nèi)區(qū)域.管道內(nèi)部區(qū)域為聲波傳播區(qū)域.在聲源區(qū)域設(shè)置場點并安裝虛擬麥克風(fēng),用于采集聲波信號及分析泄漏聲源頻譜特性.

圖2　天然氣管道泄漏聲源仿真模型圖

2.3實驗測試平臺

仿真過程中管道工作壓力變化范圍為0.1～0.7 MPa,泄漏孔直徑為1～5 cm,管外為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓.天然氣泄漏噴注噪聲具有寬頻特性,在傳播過程中高頻信號衰減較快,傳播距離較短,無法用于泄漏監(jiān)測,只截取500 Hz以內(nèi)的中低頻信號進(jìn)行分析,根據(jù)采樣定理數(shù)值仿真頻率為1 000 Hz(時間步長為0.001 s).為驗證數(shù)值模擬結(jié)果的正確性,采用與仿真分析相同工況條件下的模擬管道泄漏測試實驗進(jìn)行驗證.測試環(huán)道總長為2.7 km,管徑為168 mm.數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括PCB106B51聲波傳感器及NI PXI 4472采集卡,采樣頻率設(shè)定為1 000 Hz,管道泄漏模擬實驗測試平臺流程如圖3所示,采集信號應(yīng)用小波奇異值方法進(jìn)行降噪.

圖3　管道泄漏模擬實驗測試平臺流程圖

3　輸氣管道泄漏聲源特性分析

3.1泄漏流場質(zhì)點運(yùn)動速率變化規(guī)律

為分析管道內(nèi)壓和泄漏孔徑對泄漏流場的影響,綜合考慮管道壓力為0.2～0.7 MPa、泄漏孔徑為1～5 cm的30種不同條件下泄漏噴注數(shù)值模擬結(jié)果,分析噴注最大速率和平均速率的變化趨勢.根據(jù)數(shù)值模擬結(jié)果得到不同條件下泄漏噴注最大速率在管道內(nèi)壓影響下的變化趨勢如圖4所示,泄漏噴注的最大速率受壓力影響較大,隨著壓力的增加而增加,其變化趨勢接近直線.孔徑變化對最大速率的影響較小,特別當(dāng)孔徑大于2 cm時可近似認(rèn)為孔徑變化不影響最大速率.泄漏噴注流場平均速率隨管道內(nèi)壓和孔徑改變的變化趨勢如圖5所示,當(dāng)泄漏孔直徑較小時(小于3 cm),孔徑變化對泄漏噴注的平均速度影響較大,當(dāng)孔徑增加到一定程度以后(大于3 cm),孔徑增加對平均速度影響較小.壓力變化對平均速度影響與孔徑的影響相似,壓力較低時對平速度的影響較大,隨著壓力的增加,平均速度的增量逐漸降低,當(dāng)壓力大于0.6 MPa時,噴流的平均速度趨于穩(wěn)定,可以近似認(rèn)為壓力對平均速度不產(chǎn)生影響,平均速度為恒定值.

圖4　泄漏噴注流場最大速率趨勢圖

圖5　泄漏噴注流場平均速率趨勢圖

3.2泄漏聲波聲壓級分析

3.2.1不同條件下聲壓級對比

利用天然氣管道泄漏聲場仿真模型,壓力為0.7 MPa,泄漏孔直徑為1 cm,使用M?hring聲類比進(jìn)行泄漏位置聲源提取.對于管道內(nèi)低速氣體使用Lighthill聲類比方法進(jìn)行聲源提取.聲源相同位置處,泄漏過程和正常輸送聲壓級分布規(guī)律如圖6所示.泄漏噪聲總聲壓級為238.21 dB,最大聲壓級為238.20 dB,平均聲壓級為122.75 dB;背景噪聲總聲壓級為101.37 dB,最大聲壓級為93.30 dB,平均聲壓級為59.36 dB.泄漏與正常運(yùn)行工況比較,低頻和高頻部分信號聲壓級的幅值增加均較大,可以作為泄漏監(jiān)測信號源.

圖6　天然氣管道泄漏與正常工況聲壓級的對比圖

3.2.2管道運(yùn)行參數(shù)對泄漏聲波聲壓級的影響分析

分析管道運(yùn)行壓力對聲源聲壓級及分布規(guī)律影響時,模型設(shè)定泄漏孔徑為1 cm,壓力為0.3～0.7 MPa.分析泄漏量對聲源聲壓級及分布規(guī)律影響時,設(shè)定壓力為0.7 MPa,泄漏孔徑為1～5 cm.利用模擬實驗平臺進(jìn)行對比實驗時,無法在泄漏點位置直接安裝音波傳感器,實際采集的音波信號已經(jīng)傳播一定距離,導(dǎo)致實驗測得的聲壓級小于數(shù)值仿真結(jié)果.

1)不同泄漏條件下,天然氣管道泄漏噪聲能量均集中于低頻部分,仿真結(jié)果統(tǒng)計表明,頻率小于20 Hz時聲壓級大于145 dB.

2)壓力對泄漏聲源聲壓級的影響如圖7所示.管道壓力增加,泄漏孔處壓力梯度變大,內(nèi)部湍流增強(qiáng),偶極子聲源和四極子聲源增強(qiáng),聲壓級變大,聲壓級變化梯度隨內(nèi)壓的增加而增加,與實驗測得的聲壓級變化規(guī)律基本一致.

3)泄漏量對聲源聲壓級的頻域影響如圖8所示.泄漏孔孔徑增加時,泄漏總聲壓級及最大聲壓級均增大,變化梯度呈逐漸降低趨勢.當(dāng)孔徑小于4 cm時,聲壓級低頻及高頻均呈現(xiàn)增加趨勢;當(dāng)孔徑大于4 cm時,聲壓級低頻部分(小于50 Hz)呈增加趨勢,高頻部分呈下降趨勢.相同壓力下,孔徑變大,泄漏孔處阻擋氣體噴出的固壁面減小,偶極子聲源減弱,一部分偶極子聲源失去固壁面作用傳播到氣體空間轉(zhuǎn)化成四極子聲源;孔徑增加流體湍流充分發(fā)展,四極子聲源強(qiáng)度增大.當(dāng)孔徑比(泄漏孔徑/管道直徑)增加到一定值,壓力梯度降低,湍流強(qiáng)度減弱,四極子聲源強(qiáng)度也隨著降低,泄漏聲波高頻部分能量降低.

圖7　管道運(yùn)行壓力對聲壓級的影響圖(泄漏口徑為1 cm)

圖8　泄漏量對聲壓級的影響圖(壓力為0.7 MPa)

圖9　不同條件下聲功率變化趨勢圖

3.3泄漏聲波聲功率級分布規(guī)律

泄漏流場進(jìn)行數(shù)值模擬時,假設(shè)泄漏為絕熱過程,利用數(shù)值模擬得到的流場平均速度和聲功率公式,可以計算數(shù)值仿真過程中的聲功率級.不同條件下,數(shù)值模擬得到的聲功率級隨孔徑和內(nèi)壓改變的變化趨勢如圖9所示.在實驗測試過程中很難得到流場各位置的準(zhǔn)確速率,可以通過計算采集聲波信號的功率,按照定義計算功率級.實驗過程中泄漏孔徑為1～5 cm,壓力為0.1～0.70 MPa,壓力改變量為0.02 MPa,共采集150組聲波信號.

相同泄漏孔徑聲功率級隨著管道壓力的增加而增加,但聲功率級的增量隨內(nèi)壓增加呈下降趨勢,當(dāng)壓力大于0.3 MPa時聲功率級的增長趨勢明顯變緩,當(dāng)壓力增加到一定程度時,聲功率級的增量可以忽略,近似認(rèn)為噴注噪聲的聲功率級不受管道內(nèi)壓的影響.

等壓條件下,當(dāng)泄漏孔徑較小時(小于2 cm)孔徑的增加對聲功率級影響較大,隨著泄漏孔徑增加聲功率級的增量減少.壓力和孔徑變化時,對比數(shù)值模擬和實驗?zāi)M(圖9)得到的聲功率級變化規(guī)律,數(shù)值模擬時不考慮泄漏過程中的能量轉(zhuǎn)換和吸收,其聲功率級計算結(jié)果大于泄漏模擬實驗的實測值,但其影響趨勢的變化規(guī)律具有一致性.

3.4泄漏聲波頻譜分布特征

為準(zhǔn)確描述泄漏聲波,對采集的聲波信號進(jìn)行STFT變換,基于時頻譜分析泄漏聲波頻域特征.

3.4.1泄漏量對聲波時-頻分布的影響分析

實驗條件:壓力為0.5 MPa,泄漏孔徑分別為1 cm、3 cm和5 cm,實驗結(jié)果如圖10所示.孔徑為1 cm時,其能量分布范圍最廣,能量主要集中于200 Hz以下,但200～300 Hz之間存在能量較低成分.孔徑為3 cm時,高頻成分降低,能量主要集中于100 Hz以下,100～200 Hz之間能量降低.孔徑為5 cm時,其能量主要集中在100 Hz以下,能量進(jìn)一步向低頻段集中.結(jié)果表明,當(dāng)泄漏孔徑增加時,聲波信號中的高頻成分減少,低頻成分增加,泄漏聲波的總能量增加.

圖10　等壓條件下泄漏量對聲波時-頻分布影響

3.4.2壓力對聲波時-頻分布的影響分析

內(nèi)壓變化對聲波信號影響的分析時,設(shè)泄漏孔徑為3 cm,內(nèi)壓分別為0.6 MPa、0.4 MPa和0.2 MPa,實驗結(jié)果如圖11所示.當(dāng)內(nèi)壓為0.6 MPa時,泄漏聲波能量分布范圍最廣,能量主要集中于200 Hz以下部分,在200～300 Hz之間存在能量較低成分.當(dāng)內(nèi)壓為0.4 MPa時,泄漏聲波時頻譜圖中高頻成分降低,能量主要集中于200 Hz以下部分,其中100～200 Hz之間能量比重降低.200～300 Hz之間存在能量比重小于0.6 MPa,能量向低頻段集中.當(dāng)內(nèi)壓為0.2 MPa時,泄漏聲波信號能量主要集中于150 Hz以下,150～200 Hz之間的成分能量明顯減弱,大于200 Hz的能量成分基本消失.分析結(jié)果表明,當(dāng)內(nèi)壓降低時,泄漏聲波的能量和高頻成分均降低,能量分布向低頻方向集中.

3.4.3泄漏聲波頻譜能量比

泄漏監(jiān)測過程中,泄漏聲波頻率越低,聲波能量越高,并且聲波能量隨著頻率的增加呈衰減趨勢.數(shù)值模擬和實驗測試結(jié)果表明:壓力下降聲波信號能量向低頻段集中,泄漏孔徑增大聲波信號向低頻段集中.為分析泄漏聲波各頻段能量比,選擇如下測試條件:壓力為0.7 MPa,泄漏孔徑為1 cm.該條件下聲波信號低頻能量比例最低.對比正常輸氣及泄漏聲波信號,不同頻段能量分布如圖12所示.實驗測得的泄漏噴注噪聲為寬頻噪聲,其能量主要集中于低頻部分,只對小于200 Hz部分進(jìn)行分析.頻段范圍設(shè)定為20 Hz,0～20 Hz能量概率為0.81, 21～200 Hz為0.19,能量主要集中在低頻部分.正常輸送過程,由氣體低速流動及背景噪聲產(chǎn)生的聲波信號在0～20 Hz、21～40 Hz的能量分別為0.31和0.26,41～200 Hz均有較高能量分布,與泄漏情況區(qū)分較為明顯.實驗測試與數(shù)值仿真結(jié)論相一致,能量分布概率可以作為泄漏識別的特征指標(biāo)之一.

圖11　孔徑相同條件下壓力對聲波時-頻分布的影響

圖12　天然氣管道泄漏聲源能量概率分布圖

4　結(jié)論

1)基于廣義Lighthill公式和FW-H方程,確定了天然氣管道泄漏過程的聲源項.其主要由噴射流場產(chǎn)生的四極子聲源和泄漏孔附近壁面上的偶極子聲源的聲場疊加而成.針對泄漏噴注采用M?hring聲類比法提取了高馬赫數(shù)和高雷諾數(shù)流場中的等效聲源.

2)建立了天然氣管道泄漏聲源仿真模型,采用混合模型(CFD/CAA)進(jìn)行泄漏聲場數(shù)值模擬.基于流場和聲場數(shù)值仿真結(jié)果提取了泄漏聲源的質(zhì)點速率、平均速率、聲壓級和聲功率級等基本特征參數(shù).

3)基于數(shù)值仿真模型和實驗測試平臺,分析了管道運(yùn)行參數(shù)對聲源基本特征的影響.建立了流場質(zhì)點最大速率及平均速率、聲壓級、及聲功率級的變化規(guī)律,數(shù)值仿真與實驗測試結(jié)果相一致.

4)分析了泄漏聲源頻譜構(gòu)成及各頻段的能量比,選擇高頻能量比重最高的情況計算各頻段的能量比.結(jié)果表明泄漏產(chǎn)生的聲波為寬頻噪聲,其能量主要集中于低頻部分,0～20 Hz能量比大于等于0.81.正常條件下天然氣管道噪聲能量概率分布更加趨于平均,兩者區(qū)分明顯,可作為泄漏識別的重要特征指標(biāo)之一.

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(修改回稿日期 2016-05-13 編 輯 何 明)

Characteristics and variation rules of acoustic source of gas pipeline leaks

Ye Yingchun, Zhang Laibin, Wang Jinjiang
(China Uniνersity of Petroleum 〈Beijing〉, Beijing 102249, China)

NATUR. GAS IND. VOLUME 36, ISSUE 8, pp.124-131, 8/25/2016. (ISSN 1000-0976; In Chinese)

The basic characteristics and variation rules of leakage acoustic source, as the basis of acoustic wave propagation studies, are of great significance in the preprocessing, accurate characteristic extraction and identification algorithm improvement of leakage signals. In this paper, with the acoustic source generated by leakage jet of gas pipeline as the research object, the composition of acoustic source items in the leakage jetting flow field was deduced according to pneumatic acoustic theory and a 3D simulation model of leakage acoustic source was built. By virtue of M?hring acoustic analogy, the equivalent acoustic source was extracted from the flow field of high Mach number and high Reynolds number, and then simulation was conducted by using the mixed numerical model of pneumatic noise. In the process of analysis, the basic characteristic parameters of acoustic source were extracted under different conditions (internal pressure and leakage aperture), including the maximum velocity and average velocity of mass point, sound pressure level and sound power level. The simulation results were verified by using the pipeline leakage simulation test platform. Finally the basic characteristics and variation rules of leakage acoustic source were figured out as follows. Firstly, the leakage jetting noise is mainly caused by high-speed gas jetting turbulence and gas-solid coupling, and the acoustic source is dominantly composed of quadrupole and dipole. Secondly, the variation rules of leakage acoustic source were obtained under different pipeline running pressures and leakage apertures. And thirdly, the energy generated during leakage is concentrated at the low-frequency domain.Analysis results of energy distribution of each frequency band (≤200 Hz) show that the energy ratio of the frequency band 0-20 Hz is greater or equal to 0.81. Under normal or non-leakage conditions, energy distribution tends to be even. The energy ratio can be taken as one characteristic index of leakage identification.

Natural gas pipeline; Leakage; Acoustic source characteristics; Sound field simulation; Energy ratio; Acoustic analogy; Variation rules of sound pressure level; Variation rules of sound power level

10.3787/j.issn.1000-0976.2016.08.017

國家自然科學(xué)基金青年科學(xué)基金項目"基于虛擬傳感與故障機(jī)理的油氣設(shè)備安全預(yù)測理論及模型研究"(編號: 51504274)、中國石油大學(xué)(北京)基金項目"多源信息融合燃?xì)夤艿佬孤┳R別方法研究"(編號:KYJJ2012-04-25).

葉迎春,1978年生,講師,博士;主要從事油氣管道安全監(jiān)測方面的研究工作.地址:(102249)北京市昌平區(qū)府學(xué)路18號.電話:(010)89733406.ORCID: 0000-0001-6968-8251.E-mail: yeyingchun@126.com