研究文章|据!-- -->开放获取据/p>
永美浩,伊菲马,金胜江,张翔兴,雷尼,建阳据!-- -->那据!-- --> “据span class="adjust-article-svg-size">基于马尔可夫定量判断的逆瞬态非金属管道泄漏诊断方法据/span>“,据!-- -->材料科学与工程进展据/一世>那据!-- --> 卷。据!-- -->2020据!-- -->那据!-- --> 文章ID.据!-- -->9527836.据!-- -->那据!-- --> 11.据!-- --> 页面据!-- -->那据!-- --> 2020据!-- -->.据!-- --> https://doi.org/10.1155/2020/9527836.据/p>
基于马尔可夫定量判断的逆瞬态非金属管道泄漏诊断方法据/h1>
摘要据/h4>
针对城市非金属管道早期泄漏监测的问题及大型定位误差,提出了基于马尔可夫定量判断的反向瞬态城市非金属气体管道泄漏定位方法。基于通过实验获得的不同压力下的流量数据建立马尔可夫流动状态转换概率矩阵,以定量地确定管道泄漏状态。在此基础上,根据实际构造适用于城市非金属气体管道泄漏位置的反向瞬态泄漏控制方程。对目标函数寻求压力和计算压力之间的差异。最后,目标函数与顺序二次编程(SQP)方法结合优化,以获得实际泄漏参数并计算泄漏源的尺寸和位置。结果表明,基于马尔可夫的定量判断的逆瞬态泄漏定位方法可以更准确地确定管道的泄漏状态,并计算燃气管道的早期泄漏参数和泄漏位置,从而提高了定位精度。据/p>
1.介绍据/h4>
非金属管道因其耐腐蚀、耐高温、低摩擦、耐磨损等特点,近年来已成为城市交通管道的主要材料。它们逐渐取代了金属管道。据相关统计,非金属管道目前占城市燃气管道的70%以上。非金属管道虽然具有较强的耐腐蚀性能,但也存在管道接头泄漏断裂、管身断裂、管道内胆收缩变形等引起的管道泄漏问题。目前,大多数城市的地埋管道泄漏监测还处于人工检测的水平。同时,由于管道材料的不同,许多金属管道的检漏方法已不再适用于非金属管道。因此,有必要研究一种适用于城市非金属管道的泄漏诊断方法和技术,以加强城市非金属管道的风险监测。据/p>
埋地管道的泄漏测量一直是一个难以解决的主题,特别是在城市非金属管道中。在泄漏检测和定位技术中仍有许多问题,这导致了普遍关注并实现了一些结果。2007年,李恒等人。应用马尔可夫链法预测气体管道抗腐蚀层的老化。实验证明,通过长期验证和常规摘要,验证的准确性可以大大提高,但提取的功能不能准确地表示原始数据中的所有有用信息[据一种href="#B1">1据/一种>];2008年,Jung和Karney比较和指出,遗传算法和粒子群优化(PSO)算法往往提供相对精确的泄漏校准,但摩擦系数值的校准很差[据一种href="#B2">2据/一种>].2008年,Karney等人将逆瞬态方法与系统响应的频域分析、反射瞬态信号分析等不依赖瞬态模型的方法相结合。通过数值模拟,验证了逆瞬态法在管网中的可行性。提出瞬态逆方法的定位精度与模型的建立有关[据一种href="#B3">3.据/一种>].2011年,Soares等人。通过对非金属管泄漏监测反瞬态分析的优化模型组合液压瞬态分析,提出了定位的关键因素是瞬态求解器的精确校准。结果表明,随着系统模型的分散,泄漏位置的准确性为管道总长度的4-15%[据一种href="#B4">4.据/一种>].2012年,Haghhighi等人。施加的中央启发式优化(CFO)元启发式方法来检测管道泄漏的规格和管道摩擦系数,这证实了该方法优于遗传算法(GA),粒子群算法(PSO),和蚁群算法(ACO)[据一种href="#B5">5.据/一种>].2015年,黄等人。组合瞬态流动仿真和模拟退火(SA)方法,用于开发泄漏检测模拟退火方法(LDSA)并将其应用于现实生活管道和数值模拟的合成管网,以验证其识别泄漏的能力。结果表明,该方法可以准确地检测毛孔的泄漏[据一种href="#B6">6.据/一种>].2016年,Yu等将灰色理论与马尔可夫理论相结合,对管道腐蚀状态进行预测。结果表明,该方法计算简单,精度高,但在工程应用中仍有很大的局限性[据一种href="#B7">7.据/一种>].2016年,Zhihong和Baomin旨在城市管道网络泄漏率数据的非线性和随机波动的特点。基于灰色马尔可夫链模型,2005年至2012年的管道泄漏率是研究对象。用灰色马尔可夫链进行比较分析。预测结果表明,修改的马尔可夫链模型获得的预测精度更高[据一种href="#B8">8.据/一种>].2017年,Liu将相关函数法与ITA结合,通过计算节点灵敏度系数确定泄漏点位置,然后应用GA算法通过瞬态逆模型得到泄漏量。通过大量实验验证了两种方法结合的可行性[据一种href="#B9">9.据/一种>].2017年,蔡永桥等。建立了基于双流体模型的气液两相流量泄漏系统的数学模型,并确认系统的数值计算结果与实验数据趋势一致,证明该模型具有良好的适用性[据一种href="#B10">10.据/一种>].2017年,Abdulshaheed证明,使用逆瞬态方法的最大问题是系统中瞬态的建模不能准确反映实际情况,并且计算的数据和测量的实验数据非常不同。差异主要是因为该模型不能准确地考虑不稳定摩擦的多维效果[据一种href="#B11">11.据/一种>].2017年,陈等人。通过特征线法测试了管道泄漏的瞬态模型,并确认了使用起始和结束压力和流量在管道泄漏后稳定状态计算的定位结果接近真实值[据一种href="#B12">12.据/一种>].2019年,Liu等人提出了一种基于马尔可夫特征提取和两阶段法的泄漏检测新方法。实验结果表明,该方法具有较高的准确率和较低的虚警率,但计算模型需要根据不同的管道进行调整,适应性不强[据一种href="#B13">13.据/一种>].据/p>
上述研究促进了非金属管道泄漏监测的研究,但其中大部分仍处于实验室研究阶段,并且还存在许多问题,如不完全获取管道泄漏信息,无法定量分析和判断管道泄漏状态,逆瞬态模型的不准确性导致大型计算误差,适用性差。本文探讨了城市中的气体管道,探讨了基于定量判断的定位逆瞬态非金属管道的方法。通过建立马尔可夫流动状态转变概率矩阵定量地确定管道泄漏,在此基础上,适用于城市燃气管道定位分析的逆的瞬时泄漏控制方程被构造,并且目标函数是基于所述实际压力之间的差建立了计算的压力并最终结合顺序二次编程(SQP)方法来精确计算流水线泄漏源的位置。据/p>
马尔可夫链定量判断原则据/h4>
马尔可夫链方法可以通过管道当前状态的数据来预测管道未来状态是否会泄漏。由于泄漏状态是不可逆的,该方法可用于管道泄漏监测。的想法应用到判断管道泄漏是原始流数据转换成一个马尔可夫链和提取的参数向量马尔可夫链的转移特点建立状态转移概率矩阵预测管道流动的趋势。将流量变化率与管道实际流量变化率进行比较,判断管道是否泄漏。据/p>
2.1。建立国家转换概率矩阵据/h5>
第一组流量数据通过管道上的流量传感器收集据一世>K.据/一世>流量(据span class="nowrap"> )据/span>计算变化。流量变化率定义如下:据span class="equation_break" id="EEq1">
他们之中,据一世>一世据/一世>是收集的订购据一世>K.据/一世>流量变化率,△据一世>问:据/一世>N据/一世>是时间点的流量的变化量据一世>T.据/一世>N据/sub>以及在时间点的流动据一世>T.据/一世>N据/一世>-1据/sub>, 和据一世>问:据/一世>N据/一世>是时间段的实时流动据一世>T.据/一世>.的据一世>问:据/一世>一世据/一世>包括四个变化状态。在第一个州,价值据一世>问:据/一世>一世据/一世>是0,表示非曝光状态;在第二个州,价值据一世>问:据/一世>一世据/一世>是0-1(%),表明漏电小;在第三州,价值据一世>问:据/一世>一世据/一世>为1-3(%),表示泄漏膨胀状态;在第四种状态中,价值据一世>问:据/一世>一世据/一世>是3-100(%),表示泄漏状态大。第一组流动变化率的国家根据上述四个州进行分类,以及从一个州转换到另一个国家的概率据一世>K.据/一世>流量变化率是按时间顺序计算的据一世>P.据/一世>矩阵。据/p>
四种状态的流量变化率为据一世>N据/一世>1,据一世>N据/一世>2,据一世>N据/一世>3,和据一世>N据/一世>4;从第一个状态到第一个、第二个、第三和第四个状态的转换次数分别为:据一世>N据/一世>11,据一世>N据/一世>12,据一世>N据/一世>13,据一世>N据/一世>14,过渡概率是据span class="nowrap">
那据/span>
那据/span>
那据/span>和据span class="nowrap">
;据/span>从第二状态到第二个,第三和第四个状态的转换次数分别是据一世>N据/一世>22,据一世>N据/一世>23,和据一世>N据/一世>24,过渡概率是据span class="nowrap">
那据/span>
那据/span>和据span class="nowrap">
;据/span>从第三种状态到第二种、第三种和第四种状态的转换次数分别为:据一世>N据/一世>32,据一世>N据/一世>33,和据一世>N据/一世>34,过渡概率是据span class="nowrap">
那据/span>
那据/span>和据span class="nowrap">
;据/span>从第四状态到第二个,第三和第四个州的转换次数分别为,据一世>N据/一世>42,据一世>N据/一世>43,和据一世>N据/一世>44,过渡概率是据span class="nowrap">
那据/span>
那据/span>和据span class="nowrap">
.据/span> 然后,得到状态转移概率矩阵据一世>P.据/一世>的马尔可夫链据span class="equation_break" id="EEq2">
并满足:据span class="nowrap">
.据/span> (1)据/span>在节据一种href="#sec2.1">2.1据/一种>在相同的环境条件下,采集第二组流量数据,设此时每个间隔内的实际流量变化数为据一世>α据/一世>1据/sub>参数向量如下:据/span>
他们之中,据一世>α据/一世>1据/sub>表示第一个参数矢量,和据span class="nowrap">
那据/span>
那据/span>
那据/span>和据svg height="16.4744pt" id="M22" style="vertical-align:-3.908299pt" version="1.1" viewbox="-0.0498162 -12.5661 22.534 16.4744" width="22.534pt" xmlns="http://www.w3.org/2000/svg" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink">
基于Markov链方法来定量地确定流水线的泄漏,逆瞬态方法用于进一步确定每个监控节点是否具有泄漏,以便描绘泄漏处于节点或两个节点之间的管道,并连续缩短节点距离以获得精确定位。逆瞬态方法定位的原理如下。据/p>
气体连续性和运动方程[据一种href="#B14">14据/一种>]:据span class="equation_break" id="EEq6">
在哪里据一世>m据/一世>是气体流量,kg·s据sup>-1据/sup>;据一世>一种据/一世>是管道的横截面积,m据sup>2据/sup>;据一世>P.据/一世>是压力,pa;据一世>ρ据/一世>是气体密度,kg·m据sup>-3据/sup>;据一世>D.据/一世>为管道内径,m;据svg height="9.49473pt" id="M36" style="vertical-align:-0.2063999pt" version="1.1" viewbox="-0.0498162 -9.28833 7.30254 9.49473" width="7.30254pt" xmlns="http://www.w3.org/2000/svg" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink">
解决方程(据一种href="#EEq6">6.据/一种>) 和 (据一种href="#EEq6">7.据/一种>)通过特征线方法,获得两组特征线方程,其由C +和C-表示:据span class="equation_break" id="EEq8">
在哪里据一世>一种据/一世>为压力波速,m/s,当气管为等温线时,据一世>一种据/一世>是一个固定值。据/p>
特征线网格如图所示据一种href="//www.newsama.com/journals/amse/2020/9527836/fig1/" target="_blank">1据/一种>.方程式(据一种href="#EEq8">9.据/一种>) 和 (据一种href="#EEq8">11.据/一种>)分别为C+和C−特征线AP和BP;方程(据一种href="#EEq8">8.据/一种>) 和 (据一种href="#EEq8">10.据/一种>)为满足各自特征线的相容方程。这些管子被平均地分成几部分据一世>N据/一世>相等的部分,步长是δ据一世>X据/一世>,时间步长为Δ据一世>T.据/一世>=据一世>一种据/一世>Δ据一世>X据/一世>.方程式(据一种href="#EEq8">8.据/一种>) 和 (据一种href="#EEq8">10.据/一种>)分别集成在C +特征线AP和C-特征线BP中,其中兼容性方程的第三项是二阶近似,并且获得C +特征线和C-特征线。特征线上的两个非线性方程如下:据span class="equation_break" id="EEq12">
城市管道的早期泄漏可视为小孔泄漏,气体泄漏公式取决于泄漏口气体的流速。由于城市燃气管道的压力比较低,泄漏口气体的流速一般为亚音速流动:据span class="equation_break" id="EEq13">
在哪里据一世>m据/一世>L.据/一世>是泄漏泄漏流量,kg·s据sup>-1据/sup>;据一世>一种据/一世>E.据/一世>是有效的泄漏区域,m据sup>2据/sup>, Ae = C×A0;C为孔板系数,与泄漏孔的形状有关;据一世>一种据/一世>0.据/sub>是漏洞区域,m据sup>2据/sup>;据一世>P.据/一世>D.据/一世>是管道的起点压力,pa;据一世>K.据/一世>是气体的绝热系数,无量纲;据一世>R.据/一世>气体常数是J·kg吗据sup>-1据/sup>·K据sup>-1据/sup>;据一世>T.据/一世>是气体的温度K。据/p>
假设监测节点为泄漏点,建立泄漏控制方程,分析监测节点的压力和流量数据。以泄漏孔为节点,研究了Δ据一世>X据/一世>流入漏孔前的距离满足公式(据一种href="#EEq8">8.据/一种>)和δ内的流动特性据一世>X据/一世>流出泄漏孔后的距离满足公式(据一种href="#EEq8">10.据/一种>),然后再从漏孔流出。流体参数下标为1,通过漏孔后流体参数下标为2,建立的泄漏控制方程为:据span class="equation_break" id="EEq14">
在哪里据一世>P.据/一世>1据/sub>和据一世>m据/一世>1据/sub>流体在流入泄漏点前的一段距离压力Pa,流量,kg·s据sup>-1据/sup>;据一世>P.据/一世>2据/sub>和据一世>m据/一世>2据/sub>在泄漏点,Pa,流量,kg·s之后,流体压力是一定距离。据sup>-1据/sup>;据一世>P.据/一世>L.据/一世>是泄漏点的压力,pa。据/p>
(1)据/span>最小二乘标准目标函数定义如下:据/span>
在哪里据一世>E.据/一世>是目标函数;据一世>m据/一世>是时间步;据一世>P.据/一世>一世据/一世>是计算的压力,pa;据svg height="15.3797pt" id="M42" style="vertical-align:-3.9436pt" version="1.1" viewbox="-0.0498162 -11.4361 11.9462 15.3797" width="11.9462pt" xmlns="http://www.w3.org/2000/svg" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink">
序列二次规划(SQP)算法是处理非线性规划问题最有效的方法之一。该算法具有计算效率高、收敛性好等优点。由于目标函数中包含非线性函数的规划问题,采用SQP算法对其进行优化和收敛。SQP算法步骤如下:据span class="list">(1)据/span>定义目标函数据一世>E.据/一世>(据一世>X据/一世>)。据/span>(2)据/span>在约束中定义非线性约束。据/span>(3)据/span>确定初始值据一世>X据/一世>0.据/sub>迭代。据/span>(4)据/span>确定变量的上限和下限,并分别表示为VUB和VLB。据/span>(5)据/span>建立主程序。非线性编程的功能是Fmincon,并运行解决方案。据/span>(6)据/span>在算法优化的最后,如果发现节点的泄漏区域不为零,则将其视为泄漏状态;否则视为无泄漏状态。据/span>(7)据/span>准确定位管道泄漏。据/span> 根据城市气体管道的特点,为涉嫌泄漏状态的管道建立Markov链流状态转换概率矩阵,并且将预测的流量状态与实际流动状态进行比较,以定量地确定管道泄漏。建立了适用于城市非金属气体管道泄漏位置的逆瞬态分析模型,基于实际压力和计算压力之间的差异建立了目标函数,并用连续的二次编程方法(SQP)进行了优化,以确保计算效率和融合。具体模型如图所示据一种href="//www.newsama.com/journals/amse/2020/9527836/fig2/" target="_blank">2据/一种>[据一种href="#B15">15据/一种>那据一种href="#B16">16据/一种>].据/p>
第一步:马尔可夫定量泄漏测定据/span>(1)据/span>通过逐渐关闭管道阀以产生瞬态流量,收集第一组管道流量以建立马尔可夫状态转换概率矩阵据/span>(2)据/span>在相同的环境下,采集第二组流量数据,计算参数向量,结合状态转移概率矩阵预测下一时段管道的流动状态据/span>(3)据/span>将预测的管道流动状态与实际状态进行比较,判断管道是否泄漏据/span>第2步:划分节点据/span>当判断管道存在泄漏时,将泄漏管段划分为多个监测节点,获取节点处的流量和压力参数据/span>步骤3:建立瞬态逆定位模型据/span>(1)据/span>建立了瞬态泄漏逆控制方程据/span>(2)据/span>建立了基于近稳态流动数据的管道泄漏监测目标函数据/span>第4步:算法优化据/span>SQP算法用于汇聚目标函数,以找到每个节点的两端之间的流量差异,并计算监视节点的有效泄漏区域据/span>第5步:定位计算据/span>如果只有单个监视节点的有效泄漏面积是非零,则监控节点被判断为泄漏点。如果多个监视节点的有效泄漏区域是非零,则在非零节点之间继续划分等步骤的监视节点。重复步骤2至4,直到两个节点之间的距离符合定位管道泄漏的要求。据/span>定位精度与监控节点的数量密切相关。如果判断出单个节点泄漏,则认为泄漏点位于该节点处。如果计算出存在多个监视节点泄漏,继续在这些监视节点之间的管道部分中排列具有相等距离的多个监控节点,并重复计算,直到达到每个节点之间的距离达到精度要求时达到终止步骤.找到具有非零有效泄漏区域的节点,以便精确定位。据/span> 试验管部分的材料是PPC管。管道的总长度为8米,具有U形结构。管的直径为0.0456μm,工作压力为0.3MPa,0.2MPa和0.1MPa。传输介质在室温下是空气。管道结构如图所示据一种href="//www.newsama.com/journals/amse/2020/9527836/fig3/" target="_blank">3.据/一种>.在管道的进口端依次设置有上游流量传感器1、上游压力传感器2和上游次声传感器3。在管道出口端依次设置有下游流量传感器6、下游压力传感器5和下游次声传感器4。结构框图如图所示据一种href="//www.newsama.com/journals/amse/2020/9527836/fig4/" target="_blank">4.据/一种>.据一世>X据/一世>1据/sub>来据一世>X据/一世>6.据/sub>是监控节点,长度据一世>X据/一世>1据/sub>-据一世>X据/一世>2据/sub>管段长度为3.2米据一世>X据/一世>2据/sub>-据一世>X据/一世>3.据/sub>管部分为1.6米,并且长度为1.6米据一世>X据/一世>3.据/sub>-据一世>X据/一世>4.据/sub>管段为3.2米。泄漏孔在距离地面0.6 m以下据一世>X据/一世>3.据/sub>,泄漏孔径为0.004 m。的据一世>X据/一世>1据/sub>是在管道入口和据一世>X据/一世>4.据/sub>在管道出口。的据一世>X据/一世>5.据/sub>和据一世>X据/一世>6.据/sub>0.4米和1.2米在据一世>X据/一世>2据/sub>, 分别。测试环境温度为24摄氏度。据/p>
在0.1MPa的入口压力下,0.2MPa和0.3MPa,收集管道头部和漏极泄漏和非释放条件下的压力和流动变化。收集的数据如图所示据一种href="//www.newsama.com/journals/amse/2020/9527836/fig5/" target="_blank">5.据/一种>-据一种href="//www.newsama.com/journals/amse/2020/9527836/fig7/" target="_blank">7.据/一种>.标有正方形的多边形线代表上游流动,用圆形标记的多边形线是下游流动,标有正三角形的折线是上游压力,并且标有倒三角形的折线是下游压力。据/p>
从数字据一种href="//www.newsama.com/journals/amse/2020/9527836/fig5/" target="_blank">5.据/一种>-据一种href="//www.newsama.com/journals/amse/2020/9527836/fig7/" target="_blank">7.据/一种>(1)管道不泄漏时,管道初、末压力相近,整个管道压力稳定;泄漏时,管道内总压力减小,上下游压力差不明显。(2)当不存在泄漏时,管道头端流速相等,整个管道流速稳定;泄漏时,泄漏孔前端流量显著增加,泄漏孔后端流量略有下降。经过一段时间后,泄漏孔前部的流量减小,而泄漏孔两端的流量保持不变,进口压力越大,流量差越大。据/p>
在部分0.3MPa的入口压力下从泄漏测试中收集第一组流量数据据一种href="#sec5">5.据/一种>其中包括2.66,2.79,2.81,3.16和3.76(m据sup>3.据/sup>/ h)。获得了每次流动变化率据一世>问:据/一世>1据/sub>=0.那据一世>问:据/一世>2据/sub>=4.。6.6.%,据一世>问:据/一世>3.据/sub>=0.。7.1%, and据一世>问:据/一世>4.据/sub>=11.。0.6.%; the flow change rates in the four leakage states were据一世>N据/一世>1据/sub>=1,据一世>N据/一世>2据/sub>=1,据一世>N据/一世>3.据/sub>=0., 和据一世>N据/一世>4.据/sub>= 3。据/p>
然后,得到状态转移概率矩阵据一世>P.据/一世>马尔可夫链条如下:据span class="equation_break" id="EEq23">
(1)据/span>在相同的环境条件下,收集了第二组流量数据,其中包括4.36,4.89,5.33,5.71和5.99(m据sup>3.据/sup>/ h)。获得了每次流动变化率据一世>问:据/一世>1据/sub>=13.。6.7.%,据一世>问:据/一世>2据/sub>=10.。8.4.%,据一世>问:据/一世>3.据/sub>=8.26.%,据一世>问:据/一世>4.据/sub>=6.。6.5.%, and据一世>问:据/一世>5.据/sub>= 4.67%;四种泄漏状态下的流量变化率为据一世>N据/一世>1据/sub>=0.那据一世>N据/一世>2据/sub>=0.那据一世>N据/一世>3.据/sub>=0., 和据一世>N据/一世>4.据/sub>= 5。将此时每个区间的实际流量变化数编码为参数向量,得到据/span>
(2)据/span>从马尔可夫链计算,参数矢量据一世>β据/一世>1据/sub>基于马尔可夫链预测的未来时段流量变化率的据/span>
那据/span>据预测,管道的状态将在第四州。据/span>(3)据/span>如上所述,收集第三组流量数据,分别为6.24、6.65、6.81、7.02、7.12 (m)据sup>3.据/sup>/ h)。得到各时刻的流量变化率为据一世>问:据/一世>1据/sub>=4.。0.1%,据一世>问:据/一世>2据/sub>= 6.17%,据一世>问:据/一世>3.据/sub>=2。3.5.%,据一世>问:据/一世>4.据/sub>= 2.99%,据一世>问:据/一世>5.据/sub>= 1.40%;四种泄漏状态下的流量变化率为据一世>N据/一世>1据/sub>=0.那据一世>N据/一世>2据/sub>=0.那据一世>N据/一世>3.据/sub>= 3,据一世>N据/一世>4.据/sub>=2。W.E.obtain:据/span>
那据/span>据预测,管道状态将处于第三种状态。据/span>(4)据/span>状态序列号的值据一世>S.据/一世>处于预测状态据svg height="13.9998pt" id="M57" style="vertical-align:-5.3639pt" version="1.1" viewbox="-0.0498162 -8.6359 27.012 13.9998" width="27.012pt" xmlns="http://www.w3.org/2000/svg" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink">
根据图据一种href="//www.newsama.com/journals/amse/2020/9527836/fig4/" target="_blank">4.据/一种>,四个节点据一世>X据/一世>1据/sub>那据一世>X据/一世>2据/sub>那据一世>X据/一世>3.据/sub>, 和据一世>X据/一世>4.据/sub>首先划分,步长为1.6米。分别计算4个节点的泄漏参数。据/p>
(1)据/span>根据泄漏控制方程(据一种href="#EEq14">15据/一种>-据一种href="#EEq19">19据/一种>),节点的计算压力与真正压力之间的差异表示如下[据一种href="#B17">17据/一种>-据一种href="#B19">19据/一种>]:据/span>
(2)据/span>有效泄漏面积范围的确定:据/span>若测试泄漏孔半径为2mm,则以泄漏孔半径为3mm时的有效泄漏面积为泄漏面积的最大极限:据/span>
(3)据/span>测定管道中的摩擦系数:据/span>24℃时,空气的动态粘度为1.83 × 10据sup>-5据/sup> Pa·s and the kinematic viscosity is 1.4364 × 10据sup>-5据/sup> m据sup>2据/sup>/ s。将无泄漏的稳态数据和参数带入方程(据一种href="#EEq20">20.据/一种>),并发现管道中的摩擦系数约为0.07。据/span> (1)据/span>节点上的数据据一世>X据/一世>2据/sub>计算了节点的压力和流量数据据一世>X据/一世>2据/sub>,压力和流量数据在△据一世>X据/一世>(1.6米)两端据一世>X据/一世>2据/sub>,并且已知参数被取代成等式(据一种href="#EEq27">27据/一种>)。以0.3MPa为例,以0.3MPa的测试数据为例,并且瞬态数据进入等式(据一种href="#EEq27">27据/一种>)获得目标函数:据/span>
(2)据/span>非线性约束的定义:据/span>
m据/一世>L.据/一世>最大限度据/sub>为将最大限制泄漏面积代入泄漏量公式(据一种href="#EEq14">16据/一种>),这是0.092千克/秒:据/span>
(3)据/span>流据一世>m据/一世>一种据/一世>和据一世>m据/一世>B.据/一世>第14组数据被视为初始计算值,具有初始值据一世>X据/一世>0.据/sub>=[0.。0.0.19.8.那0.。0.0.0.6.35].据/span>(4)据/span>确定变量的上限和下限:据/span>根据步骤2:VLB = [0.000635,0]计算数据;Vub = [0.00893,0.000635]。据/span>(5)据/span>流动差异据一世>X据/一世>2据/sub>和据一世>X据/一世>3.据/sub>为0.0033 kg/s,将数据带入公式(据一种href="#EEq14">16据/一种>)获得1.01×10的有效泄漏面积据sup>-5 据/sup>m据sup>2据/sup>.根据上述步骤,节点前后的流动差异据一世>X据/一世>1据/sub>和据一世>X据/一世>4.据/sub>分别为0和0,则有效泄漏面积分别为0和0。4个节点的SQP算法迭代图如图所示据一种href="//www.newsama.com/journals/amse/2020/9527836/fig8/" target="_blank">8(a)据/一种>-据一种href="//www.newsama.com/journals/amse/2020/9527836/fig8/" target="_blank">8 (d)据/一种>.据/span> (1)据/span>根据四个节点的计算有效泄漏区域,泄漏点位于节点之间据一世>X据/一世>2据/sub>和据一世>X据/一世>3.据/sub>.据/span>(2)据/span>由于泄漏点在节点之间据一世>X据/一世>2据/sub>和据一世>X据/一世>3.据/sub>,两个监测点据一世>X据/一世>5.据/sub>和据一世>X据/一世>6.据/sub>是否再次设置在节点之间的管道段据一世>X据/一世>2据/sub>和据一世>X据/一世>3.据/sub>和△据一世>X据/一世>被占0.4米。根据上述过程,在之前和之后的流动差异据一世>X据/一世>5.据/sub>和据一世>X据/一世>6.据/sub>计算为0和0.0033kg / s,有效的泄漏区域为0和1.01×10据sup>-5据/sup> m据sup>2据/sup>.根据4.2节点划分的要求和试管素的实际情况,确定泄漏点在管道部分上0.8米以后长据一世>X据/一世>6.据/sub>,即,泄漏点的最终位置是在据一世>X据/一世>6.据/sub>.类似地,根据上述步骤分析了0.2MPa和0.1MPa的入口压力下的数据,最后泄漏点位于据一世>X据/一世>6.据/sub>.此节点的泄漏参数显示在表中据一种href="//www.newsama.com/journals/amse/2020/9527836/tab1/" target="_blank">1据/一种>.据/span> 在与第一个测试相同的条件下再次重复测试两次,并且泄漏点的确切计算结果如表所示据一种href="//www.newsama.com/journals/amse/2020/9527836/tab2/" target="_blank">2据/一种>和据一种href="//www.newsama.com/journals/amse/2020/9527836/tab3/" target="_blank">3.据/一种>.在3次测试中获得的不同入口压力下泄漏点处有效泄漏面积的平均绝对计算误差如表所示据一种href="//www.newsama.com/journals/amse/2020/9527836/tab4/" target="_blank">4.据/一种>.据/p>
这可以从表中得知据一种href="//www.newsama.com/journals/amse/2020/9527836/tab1/" target="_blank">1据/一种>来据一种href="//www.newsama.com/journals/amse/2020/9527836/tab4/" target="_blank">4.据/一种>管道泄漏有效面积的绝对误差是0.023×10的最低点据sup>-5据/sup> m据sup>2据/sup>最高为0.156 × 10据sup>-5据/sup> m据sup>2据/sup>.在进口压力为0.3 MPa、0.2 MPa和0.1 MPa时,多次试验计算得到的有效泄漏面积的平均绝对误差为0.49 × 10据sup>-5据/sup> m据sup>2据/sup>,0.105×10据sup>-5据/sup> m据sup>2据/sup>,0.031×10据sup>-5据/sup> m据sup>2据/sup>.与通过高斯函数修改的抗衣弧形方法的平均绝对误差相比[据一种href="#B20">20.据/一种>]为0.52×10据sup>-5 据/sup>m据sup>2据/sup>,可以看出,这种方法可以有效地应用于城市非金属天然气管道。然而,管道中的流动介质是可压缩的流体。管道中的压力越大,当发生泄漏时管道中的流体密度的变化越大,导致模型计算中的误差。因此,在实际应用中,应选择接近瞬态过程中稳态的数据以进行计算。据/p>
(1)据/span>通过提取马尔可夫链的传递特征,实时获得管道变化的转移概率矩阵,预测管道流量变化的趋势发展。通过比较预测的管道流量变化情况与实际管道流量变化情况,可以判断管道的泄漏情况。马尔可夫链可以实时监测管道流量的变化,通过预测和比较降低误报率。据/span>(2)据/span>根据气体管道气体介质的特性,根据气体运动和连续性方程,给出了特定的边界条件来建立适合于气体管道泄漏监测的逆瞬态定位分析数学模型。选择特征线方法与顺序二次编程方法结合解决管道泄漏模型有一定的收敛性并提高了模型计算的准确性。据/span>(3)据/span>管道泄漏有效面积的判断误差可以达到0.023×10据sup>-5据/sup> − 0.156 × 10据sup>-5 据/sup>m据sup>2据/sup>.这是因为管道中的流动介质是可压缩的流体。管道中的压力越大,在发生泄漏时管道中的流体密度的变化越大,导致模型计算中的误差。因此,在实际应用中,应选择在瞬态过程中靠近稳态的数据进行计算。据/span>(4)据/span>基于马尔可夫定量判断,在进行管道泄漏检测时,为了保证较高的定位精度,需要设置尽可能多的等距节点,提出了瞬态反泄漏检测方法。据/span> 用于支持本研究结果的数据可根据要求可从相应的作者获得。据/p>
作者声明他们没有利益冲突。据/p>
永美昊促成了该研究的概念,进行了数据分析,并写了稿件;Yifei MA进行实验并促进了分析;洪城江促成了稿件的准备和修订;Zhixiang Xing帮助通过建设性讨论进行分析;雷尼和建阳有助于实验准备。据/p>
该研究得到了中国天然科学基金(51834007),江苏省(BE2018642),江苏研究和创新项目(KYCX1795),以及常州科技支持计划(CE20185024)。据/p>
版权所有©2020 Yongmei Hao等。这是分布下的开放式访问文章据一种rel="license" href="http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/">创意公共归因许可证据/一种>如果正确引用了原始工作,则允许在任何媒体中的不受限制使用,分发和再现。据/p>
2.2。管道泄漏的定量判断据/h5>
3.非金属管道泄漏定位方法的逆瞬态方法据/h4>
3.1.控制方程据/h5>
3.2.目标函数的建立据/h5>
3.3.算法优化据/h5>
4.非金属管道泄漏诊断模型和程序据/h4>
4.1.模型建立据/h5>
4.2。实施步骤据/h5>
5.试验流场分析据/h4>
6.马尔可夫链定量泄漏判断据/h4>
6.1。建立国家转换概率矩阵据/h5>
6.2。管道泄漏的定量测定据/h5>
7.通过逆瞬态方法计算管道泄漏位置据/h4>
7.1。划分节点据/h5>
7.2。目标函数的建立据/h5>
7.3。算法优化据/h5>
(一种)据/strong>
(b)据/strong>
(c)据/strong>
(d)据/strong>
(一种)据/strong>
(b)据/strong>
(c)据/strong>
(d)据/strong>7.4。泄漏位置计算据/h5>
入口压力(MPa)据/T.D.>
流动差异(kg / s)据/T.D.>
节点压力(MPA)据/T.D.>
有效节点渗漏面积(m据sup>2据/sup>)据/T.D.>
真正的泄漏面积(m据sup>2据/sup>)据/T.D.>
绝对误差(m据sup>2据/sup>)据/T.D.>
0.3据/T.D.>
0.0033据/T.D.>
0.14据/T.D.>
1.01×10据sup>-5据/sup>
1.256×10据sup>-5据/sup>
0.246×10据sup>-5据/sup>
0.2据/T.D.>
0.0029据/T.D.>
0.11据/T.D.>
1.124×10据sup>-5据/sup>
1.256×10据sup>-5据/sup>
0.132×10据sup>-5据/sup>
0.1据/T.D.>
0.0012据/T.D.>
0.04据/T.D.>
1.279×10据sup>-5据/sup>
1.256×10据sup>-5据/sup>
0.023×10据sup>-5据/sup>
入口压力(MPa)据/T.D.>
流动差异(kg / s)据/T.D.>
节点压力(MPA)据/T.D.>
有效节点渗漏面积(m据sup>2据/sup>)据/T.D.>
真正的泄漏面积(m据sup>2据/sup>)据/T.D.>
绝对误差(m据sup>2据/sup>)据/T.D.>
0.3据/T.D.>
0.0027据/T.D.>
0.1据/T.D.>
1.151×10据sup>-5据/sup>
1.256×10据sup>-5据/sup>
0.105×10据sup>-5据/sup>
0.2据/T.D.>
0.0031据/T.D.>
0.1据/T.D.>
1.32×10据sup>-5据/sup>
1.256×10据sup>-5据/sup>
0.064×10据sup>-5据/sup>
0.1据/T.D.>
0.0017据/T.D.>
0.06据/T.D.>
1.208×10据sup>-5据/sup>
1.256×10据sup>-5据/sup>
0.048×10据sup>-5据/sup>
入口压力(MPa)据/T.D.>
流动差异(kg / s)据/T.D.>
节点压力(MPA)据/T.D.>
有效节点渗漏面积(m据sup>2据/sup>)据/T.D.>
真正的泄漏面积(m据sup>2据/sup>)据/T.D.>
绝对误差(m据sup>2据/sup>)据/T.D.>
0.3据/T.D.>
0.0032据/T.D.>
0.12据/T.D.>
1.137×10据sup>-5据/sup>
1.256×10据sup>-5据/sup>
0.119×10据sup>-5据/sup>
0.2据/T.D.>
0.0024据/T.D.>
0.09据/T.D.>
1.137×10据sup>-5据/sup>
1.256×10据sup>-5据/sup>
0.119×10据sup>-5据/sup>
0.1据/T.D.>
0.0012据/T.D.>
0.04据/T.D.>
1.279×10据sup>-5据/sup>
1.256×10据sup>-5据/sup>
0.023×10据sup>-5据/sup>
入口压力(MPa)据/T.D.>
绝对误差(m据sup>2据/sup>)据/T.D.>
平均误差(m据sup>2据/sup>)据/T.D.>
0.3据/T.D.>
0.246×10据sup>-5据/sup>
0.105×10据sup>-5据/sup>
0.119×10据sup>-5据/sup>
0.156×10据sup>-5据/sup>
0.2据/T.D.>
0.132×10据sup>-5据/sup>
0.064×10据sup>-5据/sup>
0.119×10据sup>-5据/sup>
0.105×10据sup>-5据/sup>
0.1据/T.D.>
0.023×10据sup>-5据/sup>
0.048×10据sup>-5据/sup>
0.023×10据sup>-5据/sup>
0.031×10据sup>-5据/sup>
8.结论据/h4>
数据可用性据/h4>
利益冲突据/h4>
作者的贡献据/h4>
致谢据/h4>
参考据/h4>
版权据/h4>