一种基于降阶模型的管道泄漏检测方法

1.本发明涉及fluent流体仿真分析和管道泄漏检测技术领域研究，具体涉及一种基于fluent仿真分析建立降阶模型用于管道泄漏检测的方法。


背景技术：

2.管道输送因其在输送液体、气体、泥浆等方面的独特优点，在各行各业得到了广泛的应用。管道运输已经成为我国五大运输方式之一。由于管道存在腐蚀、老化、阴极保护失效现象、自然灾害、生产施工和不法分子的偷盗等人为破坏现象，使得管道泄漏事件难以杜绝。管道的泄漏不仅会影响管道运输的正常运行，造成环境的污染、资源的浪费，而且还会严重影响人们的正常生活、使人们的生命受到威胁，人们的财产造成严重的损失。因此，采用合适的管道泄漏检测技术对管道进行监测，预防泄漏和及时的发现泄漏并准确的对泄漏进行定位，可有效的减少环境的污染和经济的损失。
3.联合仿真技术越来受到各界的重视，仿真技术能够通过提供实际设备的工况条件在电脑系统仿真出多种工况结果，由此可帮助各厂商发现产品的不足，对产品做出改进。目前仿真技术正推动的各行业的改进发与展。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种基于降阶模型的管道泄漏检测方法，这种基于降阶模型的管道泄漏检测方法用于解决目前管道泄漏难以检测的问题，为管道泄漏检测提供一种数字孪生化的检测方式。
5.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
6.步骤一、对管道流体进行网格划分，通过fluent对划分后的网格进行仿真分析；
7.步骤二、对管道输入不同静压的情况下进行参数化仿真，仿真出管道一定数量的工况结果；
8.步骤三、通过ansys的3d rom把仿真出的大量不同管道工况结果降阶成一个包含所有仿真工况的降阶模型；
9.步骤四、把步骤三得到的降阶模型导入twinbuilder软件进行联合仿真，twinbuilder软件接入实际管道实时出入口静压数据，同时该入口静压数据传入降阶模型作为降阶模型的入口静压数据，此时降阶模型同时输出一个模型出口静压数据；
10.步骤五、通过对模型出口静压数据p
mo
和实际管道出口静压数据p
io
对比分析判断是否发生泄漏，当
11.|p
io-p
mo
|＜200
12.时，管道发生泄漏，否则，管道属于正常运行工况。
13.本发明具有以下有益效果：
14.1、本发明利用fluent软件仿真管道在各工况的不同静压分布状况，并为此建立参数化仿真，基于参数化仿真结果建立降阶模型，通过对比降阶模型的输出静压和仿真结果
的输出静压判定管道是否发生泄漏，然后在此基础把模型导入twinbuilder软件进行联合仿真，把实际管道出入口压力传感器数据传入twinbuilder，出口数据和模型输出结果进行对比，以此来检测管道是否发生泄漏。如果管道发生泄漏则产生报警，模型也会转为泄漏状态，解决了管道泄漏难以检测的问题。
15.2、本发明成本低，只需要管道两端的压力传感器数据和ansys软件的建模仿真，检测结果准确，对抽样的50组仿真工况数据判断是否泄漏的准确率高达百分百。
附图说明
16.图1为流体域表面命名图；
17.图2为等值抽取参加rom建模的输出参数图；
18.图3为发生泄漏时模型转为泄漏状态的图。
具体实施方式
19.下面对本发明作进一步的说明：
20.结合图1、图2所示，这种基于降阶模型的管道泄漏检测方法：首先对管道流体进行网格划分，通过fluent对划分后的网格进行仿真分析，然后对管道不同输入静压的情况下进行参数化仿真，仿真出管道一定数量的工况结果，然后通过ansys的3d rom把结果降阶成一个包含所有工况的降阶模型，并把该模型导入twinbuilder软件进行联合仿真，twinbuilder软件接入实际管道实时出入口静压数据，同时该入口静压数据传入降阶模型作为降阶模型的入口静压数据，此时模型同时会输出一个模型出口静压数据，通过对模型出口静压数据p
mo
和实际管道出口静压数据p
io
对比分析得出，当
21.|p
io-p
mo
|＜200
22.时，管道发生泄漏，否则，管道属于正常运行工况。当管道发生泄漏时，模型自动判别，会转到泄漏的动画场景并报警。具体如下：
23.步骤1、使用spaceclaim软件对管道的部分管段进行cad建模，抽取流体域，并对表面进行命名，其中入口命名为in，出口为out，泄漏口命名为xie，出口处附近的壁面命名为wall1，其余壁面命名为wall，如图1所示。
24.步骤2、使用ansys mesh软件对流体域进行网格划分，求解器设置为cfd。
25.步骤3、使用fluent软件对进行网格划分后的流体域进行设置，流体域采用水来模拟，模型选择k-epsilon(2eqn)的realizable，壁面函数选择可扩展的壁面函数(swf)。设置入口in和泄漏口xie为压力入口，且为输入参数。设置出口附近的壁面wall1的静态压力的面积加权值为输出参数。
26.步骤4、使用ansys 3d rom对管道进行建模设置，设置in和xie的参数输入范围为0到600000pa，设置自定义抽样计算方式，in从100000到600000等值25000抽取，xie为0，一次模拟泄漏工况，in从100000到600000等值25000抽取，xie＝in，一次模拟正常运行工况。如图2所示，运行计算。
27.步骤5、使用ansys 3d rom生成rom模型并导出，通过fluent仿真计算验证模型的准确性。随机抽取正常工况和泄漏工况下50个in口输入值，分别输入到fluent仿真计算和模型中。对比模型结果和fluent计算结果的差值，表1所示，证明该降阶模型准确性足够高。
28.表1：
[0029][0030]
[0031]
步骤6、使用仿真生成的出口静压减去正常工况下rom出口生成的静压的的模值作为判别泄漏的标准，当模值大于200时候，仿真的是正常工况，否则仿真的是泄漏工况。如表2所示。
[0032]
表2：
[0033]
[0034][0035]
步骤7、使用twinbuilder软件联合仿真，接入实际管道的入口静压，模型会产生该工况下的静压分布情况，输出出口处的静压值，同样依据该判别方法，判断实际管道是否发生泄漏，如果发生泄漏，则模型自动转变为发生泄漏的工况动画，如图3所示。


技术特征：
1.基于降阶模型的管道泄漏检测方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1、对管道流体进行网格划分，通过fluent对划分后的网格进行仿真分析；步骤2、然后对管道不同输入静压的情况下进行参数化仿真，仿真出管道一定数量的工况结果；步骤3、过ansys的3d rom把结果降阶成一个包含所有工况的降阶模型；步骤4、把步骤3得到的降阶模型导入twinbuilder软件进行联合仿真，twinbuilder软件接入实际管道实时出入口静压数据，同时该入口静压数据传入降阶模型作为降阶模型的入口静压数据， 此时降阶模型同时会输出一个模型出口静压数据；步骤5、通过对模型出口静压数据p
mo
和实际管道出口静压数据p
io
对比分析判断是否发生泄漏。2.根据权利要求1所述的基于降阶模型的管道泄漏检测方法，其特征在于：所述的步骤5中，当管道是否发生泄漏的判别方式如下：。

技术总结
本发明涉及的是一种基于降阶模型的管道泄漏检测方法,它包括：对管道流体进行网格划分，对划分后的网格进行仿真分析；对管道输入不同静压的情况下进行参数化仿真，仿真出管道一定数量的工况结果；通过ANSYS的3D ROM把仿真出的大量不同管道工况结果降阶成一个包含所有仿真工况的降阶模型；把降阶模型导入TwinBuilder软件进行联合仿真，Twinbuilder软件接入实际管道实时出入口静压数据，同时该入口静压数据传入降阶模型作为降阶模型的入口静压数据，此时降阶模型同时输出一个模型出口静压数据；通过对模型出口静压数据和实际管道出口静压数据对比分析判断是否发生泄漏。本发明解决管道泄漏难以检测的问题。明解决管道泄漏难以检测的问题。明解决管道泄漏难以检测的问题。


技术研发人员：王冬梅 史少雄 董宏丽 胡仲瑞 张勇 路敬祎 侯男
受保护的技术使用者：东北石油大学
技术研发日：2022.08.07
技术公布日：2022/11/8