管道声传播问题的一种高精度数值模拟
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管道声音的频率计算公式是管道声音的频率计算公式。
管道声音是指在管道内传播的声音,它的频率是指声音振动的次数,通常以赫兹(Hz)为单位。
管道声音的频率计算公式可以帮助我们了解声音在管道中传播的特性,对于管道工程和声学研究都具有重要意义。
管道声音的频率计算公式可以通过管道的长度、管道的材质和声速来进行计算。
在理想情况下,管道中的声音会以一定的频率传播,这个频率可以通过以下的公式来计算:f = v / λ。
其中,f代表声音的频率,v代表声音在管道中的传播速度,λ代表声波在管道中的波长。
首先,我们来看一下声速在管道声音频率计算中的作用。
声速是指声音在介质中传播的速度,它与介质的密度和弹性有关。
在管道中,声速可以通过以下的公式来计算:v = √(K / ρ)。
其中,v代表声速,K代表介质的弹性模量,ρ代表介质的密度。
通过这个公式,我们可以得到声速与介质的密度和弹性之间的关系,从而可以计算出声速的数值。
其次,我们来看一下声波在管道中的波长在频率计算中的作用。
声波的波长是指声音传播一个完整周期所需要的距离,它与声音的频率和声速有关。
在管道中,声波的波长可以通过以下的公式来计算:λ = v / f。
其中,λ代表声波的波长,v代表声速,f代表声音的频率。
通过这个公式,我们可以得到声波的波长与声速和频率之间的关系,从而可以计算出声波的波长的数值。
最后,我们来看一下声音的频率计算公式中的频率计算。
通过上面两个公式,我们可以得到声音的频率与声速和波长之间的关系。
当我们已知声速和波长时,可以通过以下的公式来计算声音的频率:f = v / λ。
通过这个公式,我们可以得到声音的频率与声速和波长之间的关系,从而可以计算出声音的频率的数值。
在实际的管道工程中,我们可以通过这个频率计算公式来预测管道中声音的传播特性。
通过计算声音的频率,我们可以了解声音在管道中的传播情况,从而对管道的设计和维护提供参考意见。
同时,这个频率计算公式也可以用于声学研究中,帮助我们了解声音在不同介质中的传播规律。
管道声学入门知识点总结一、管道声学基础知识1. 声波的基本概念声波是一种机械波,属于纵波。
声波的传播需要介质,它通过介质的震动来传播能量。
声波的基本特性包括频率、波长、声速等。
2. 声压、声强和声级声压是声波引起的介质内部的压力变化,单位为帕斯卡(Pa)。
声强是单位面积内传播的声波功率,单位为瓦特/平方米。
声级是声音的强度,以分贝(dB)为单位。
3. 管道声学基本原理管道中的声波传播是一种复杂的声学现象。
管道中的声波传播受到管道内部介质的影响,包括管道材质、形状、尺寸等因素的影响。
二、管道声学数学模型1. 管道声波方程管道中的声波传播符合一维波动方程,包括声波的时间和空间变化。
波动方程描述了声波在管道中的传播规律,是管道声学研究的基础数学模型。
2. 管道声学参数管道声学参数包括声阻抗、声导纳、声透射系数等。
这些参数用于描述管道中声波的传播特性,是管道声学研究的重要数学工具。
3. 声波的反射和透射管道中的声波在遇到管道的壁面时会发生反射和透射。
反射和透射的特性受到管道几何形状和材质的影响,是管道声学研究的重点内容。
三、管道声学实验方法1. 管道声学测量管道声学测量方法包括实验室测量和现场测量两种。
实验室测量通常采用声学测试仪器对管道中的声音进行测量和分析;现场测量通常采用声学传感器和数据采集系统对实际工程管道中声波进行测量。
2. 管道声学模拟管道声学模拟是一种通过计算机技术对管道中声波传播进行模拟和分析的方法。
通过建立管道声波传播的数学模型,可以对管道声学特性进行定量分析和预测。
3. 管道声学试验验证管道声学试验验证是一种通过实验来验证管道声学模型的方法。
通过对实际管道进行声学试验,可以验证管道声学模型的准确性和可靠性。
四、管道声学在工程应用中的意义1. 管道噪声控制石油化工、航空航天、交通运输等工程领域中,管道噪声是一个常见的问题。
通过管道声学研究,可以对管道进行噪声控制,减少对环境和人体健康的影响。
管道中的声传播5.1 均匀的有限长管道设有一平面声波在一根有限长的、截面积均匀的管子中传播,管的截面积为S 。
如果管子末端有一任意声学负载,它的表面法向声阻抗为Z a ( 或法向声阻抗率为) ,( ) 。
由于管端有声负载,一部分声波要受到反射,一部分声波要被负载所吸收。
因此,管中的原始平面行波声场就要受到负载的影响。
5.1.1 有限长管道声场5.1.2 声负载吸声系数5.1.3 共振吸声结构5.1.1 有限长管道声场为了处理方便,我们把坐标原点取在管末端的负载处,如图( 5-1-1 ) 所示。
设入射波与反射波的形式分别为( 5( 5的产生是由管端的声学负载引起的,它同入射波之间( 5这里称为声压的反射系数 , 表示表示( 5-1-4 )其中( 5-1-5 )为总声压振幅,为引入的一个固定相位,它对声场的能量大小没有影响,这里就不予讨论。
分析( 5-1-5 ) 式可以发现,当时,总声压有极小值,当?时,总声压有极大值。
我们用G 来表示声压极大值与极小值的比值,称为驻波比,可得( 5-1-6 )或写成如下形式( 5,或。
这时管中只存在入射的平面波,驻波比。
如,,这时管中出现了纯粹的驻波 ( 我们曾经称它为定波 ) ,即驻波比。
对之间射系数或称吸声系数,参见(5 -1- 13 )式。
公式 (5-1-7) 就是声学中常采用的驻波管测量吸声材料反射系数与吸声系数方法的理论依据。
从 (5-1-5) 式我们还可以确定管中声压极小值的位置,由( 5-1-8 )这里x 前面引入一负号,是因为我们坐标原点取在管的末端,所以管中的任意位置 x 都是负值,而就对应( 5。
5.2 非均匀管道5.2.1 突变截面管道声传播5.2.2 旁支管道声传播5.2.1 突变截面管道声传播声波在两根不同截面的管中传播:假设声波从一根截面积为S 1 的管中传来,在该管的末端装着另一根截面积为S 2 的管子,如图 5-2-l 所示。
一般说,后面的S 2 管对前面的S l 管是一个声负载。
矩形管道内驻波声流的数值模拟雷洪;赫冀成【摘要】基于边界层理论,建立边界速度数学模型研究矩形管道中Rayleigh声流现象.此数学模型采用3阶的谱元方法求解,驻波声场对流体流动的影响采用壁面处的声边界速度来表达,同时引入雷诺数来分析非线性项和黏性项的重要性.数值结果表明:在2维和3维情况下,声边界速度模型均与近似解相符.声边界速度模型和近似解的差异来源于对非线性项的处理.与近似解相比,声边界速度模型的优势在于能考虑流体流动的非线性效应且仅要求矩形管道的特征尺寸的2倍小于波长.在2维情况下,回流区的涡心位于管道高度的1/4;而在3维情况下,回流区的涡心则靠近壁面.在壁面附近,非线性项的影响不能忽略;而在上下2个涡心的中间位置,非线性项比黏性项更加重要.%Based on the boundary-layer theory, a mathematical model about acoustic boundary-velocity was developed to investigate Rayleigh acoustic streaming in a rectangular pipe. The governing equations were solved by a three-order spectral element method, and the effect of standing acoustic wave on the fluid flow was described by the acoustic boundary-velocity near the wall. Further, Reynolds number was introduced to compare the importance of the nonlinear term with that of the viscous term. Numerical results show that the predicted fluid flow by the acoustic boundary-velocity model conforms with the approximate solution. And the difference between the acoustic boundary-velocity model and the approximate solution comes from the treatment for the nonlinear term. Compared with the approximate solution, the acoustic boundary-velocity model has two advantages. The first advantage is that itconsiders the nonlinear effect of fluid flow, and the second is that the characteristic length of rectangular pipe is only less than half of the wavelength. On the two-dimensional condition, the center of the circulation zone is near a quarter of height of the pipe. But on the three-dimension condition, the center of the circulation zone is close to the wall. Near the wall, the effect of the nonlinear term can not be ignored. And in the middle of the vortex center for the upper and lower recirculation zones, the effect of the nonlinear term is more important than that of the viscous term.【期刊名称】《中南大学学报(自然科学版)》【年(卷),期】2012(043)012【总页数】5页(P4683-4687)【关键词】Rayleigh声流;驻波;声边界速度;非线性效应;雷诺数【作者】雷洪;赫冀成【作者单位】东北大学材料电磁过程研究教育部重点实验室,辽宁沈阳,110819;东北大学材料电磁过程研究教育部重点实验室,辽宁沈阳,110819【正文语种】中文【中图分类】O429;O368声波作为外场具有有效地去除金属液中夹杂物、细化凝固组织等作用[1-3]。
﹑供水管道漏水声的种类及传播供水管道担负的任务是将净水输送到用户,以满足人们最基本的需要。
然而,供水管道也会发生漏水情况,当发生时,喷出管道的水与漏口摩擦,以及与周围介质等撞击,会产生不同频率的振动,由此产生漏水声。
漏水声的种类通常可分为三种:(1)漏口摩擦声:是指喷出管道的水与漏口摩擦产生的声音,其频率通常为300~2500Hz,并沿管道向远方传播,传播距离通常与水压﹑管材﹑管径﹑接口﹑漏口等有关,在一定范围内,可在闸门﹑消火栓等暴露点听测到漏水声。
(2)水头撞击声:是指喷出管道的水与周围介质撞击产生的声音,并以漏斗形式通过土壤向地面扩散,可在地面用听漏仪听测到,其频率通常为100~800 Hz之间。
(3)介质摩擦声:是指喷出管道的水带动周围粒子(如土粒,沙粒等)相互碰撞摩擦产生的声音,其频率较低,当把听音杆插到地下漏口附近时,可听测到,这为漏点最终确认提供了依据。
供水管道检漏的主要方法由于人类对供水管道漏水的共识,先后研究了一些检漏方法,也研制一些仪器,例如,在德国﹑英国等经济发达国家通常采用的检漏方法有:音听检漏法,相关检漏法,漏水声自动监测法和分区检漏法等。
前三种检漏法是靠漏口产生的声音来探测漏点的,这对无声的泄漏就没有办法了。
而分区检漏法是通过计量管道流量及压力来判别有无漏水存在,就是所谓的最小流量法。
目前我国通常采用被动检漏法,音听检漏法或相关检漏法,有些水司也采用了漏水声自动监测法或分区检漏法,随着供水管网管理的规范和技术的进步,许多水司会逐步引进漏水声自动监测法或分区检漏法,这对快速降低漏失,控制漏耗将起到积极的作用。
1.音听检漏法音听检漏法分为阀栓听音和地面听音两种,前者用于查找漏水的线索和范围,简称漏点预定位;后者用于确定漏水点位置,简称漏点精确定位。
漏点预定位是指听漏棒、电子听漏仪及噪声自动记录仪来探测供水管道漏水的方法,根据使用仪器的不同,预定位技术主要有阀栓听音法和噪声自动监测法。
利用COMSOL软件对圆管声模态传播的模拟刘济洲(北京航空航天大学能源与动力工程学院,102206,北京)摘要:本文主要介绍利用COMSOL软件中的频域线化Euler方程求解器模拟圆形管道内声模态传播时的相关理论和具体参数设置方法。
在一个简化的无限长圆形管道内,通过在某一截面加载声模态条件,模拟了不同声模态在无、有平均流动条件下的传播。
其中,核心问题包括圆形管道声模态面内波数的求解以及声模态边界条件的加载。
本论文介绍的方法可为模态声学相关研究提供借鉴和参考。
关键字:管道声模态,COMSOL软件,数值模拟0引言管道声模态理论在航空发动机声学、叶轮机声学等领域均得到广泛的应用。
该理论由Tyler和Sofrin于1962年总结成文[1],提出了管道内线性声波的一种分解方式,即声模态,并给出了声模态传播规律的分析方法。
根据这一理论,可以快速判断某一压气机或涡轮所产生的噪声的是否可以传播,也可以求解出任意声模态的具体数学表达式。
COMSOL Multiphysics是一个包含多种物理求解器的商用软件,其中的声学模块可以为广泛的声学问题提供解决方案,如:机械振动噪声、气动噪声、水声、压电声学等等。
目前,利用COMSOL软件求解管道声模态的教程[2]采用了声学模块中的频域势流求解器,该方法可以快速准确地求解圆形或者环形管道截面处的声模态面内波数,并可以将得到的声模态作为边界条件,进而模拟该模态的传播。
但是,该解决方案只能模拟单一声模态的传播,无法得到两个或者更多模态同时作用下声波的传播结果。
在实际问题中,当需要给出多个模态共同作用的结果时,则需要寻找其它的解决方案。
其次,在给定模态强度时,频域线性势流方法中用于表征强度的物理量为速度势,而在多数声学问题中,更广泛地应用声压、振动速度等声学概念描述。
因此,当该方法与其它方法衔接共同解决声模态相关问题时,在不了解实际换算公式时,需要进行单位间的校准。
声学模块中的频域线化Euler方程求解器可以求解存在背景平均流动条件下线性声波的传播,十分适用于管道声模态的传播问题。
2023年9月第38卷第5期西安石油大学学报(自然科学版)JournalofXi’anShiyouUniversity(NaturalScienceEdition)Sep.2023Vol.38No.5收稿日期:2021 05 04基金项目:辽宁石油化工大学科研启动基金(2020×JJL-008);辽宁省教育厅科学研究经费项目(L2020025)第一作者:陈一鸣(1996 ),男,硕士研究生,研究方向:石油工程。
E mail:Yimingchen1996@163.com通讯作者:张秋实(1983 ),男,博士,副教授,研究方向:石油工程。
E mail:zhangqiushi@lnpu.edu.cnDOI:10.3969/j.issn.1673 064X.2023.05.011中图分类号:TE973文章编号:1673 064X(2023)05 0085 07文献标识码:A基于声比拟法的埋地输气管道泄漏数值模拟陈一鸣1,王博1,刘宏达2,张秋实1(1.辽宁石油化工大学石油天然气工程学院,辽宁抚顺113001;2.中国石油天然气集团有限公司长庆油田分公司第一输油处,陕西西安710021)摘要:为研究埋地天然气管道泄漏声源的特性,运用声比拟法(FW H)与CFD理论对管道泄漏声场进行仿真模拟,计算泄漏声场气动噪声源的类型与声强信号,为检测和定位泄漏点位置奠定理论基础。
结果表明:埋地管道发生泄漏后,管内流体速度分布均匀,管外土壤中泄漏流体的速度变化梯度较大;管道泄漏的主要声源是偶极子与四极子声源,其中偶极子声源集中在管道内壁面,四极子声源集中在管道外的开阔区域;随着埋地管道内压的增加与泄漏口直径的扩大,泄漏声场的声波强度逐渐增大,但泄漏口直径变化所引起的声强增幅程度远小于内压变化所引起的声强变化。
关键词:埋地管道;输气管道泄漏;声比拟法;数值模拟NumericalSimulationofBuriedGasPipelineLeakageBasedonAcousticWaveAnalogyCHENYiming1,WANGBo1,LIUHongda2,ZHANGQiushi1(1.SchoolofPetroleumandNaturalGasEngineering,LiaoningPetrochemicalUniversity,Fushun,Liaoning113001,China;2.No.1OilTransportationDepartment,PetroChinaChangqingOilfieldCompany,Xi’an,Shaanxi710021,China)Abstract:Inordertostudythecharacteristicsoftheleakagesoundsourceofburiednaturalgaspipeline,thesoundfieldofthepipelineleakageissimulatedusingsoundanalogymethod(FW H)andCFDtheory,andthetypeandsoundintensitysignaloftheaerodynamicnoisesourceoftheleakagesoundfieldarecalculatedtolayatheoreticalfoundationforthedetectionandlocationoftheleakagepoint.Theresultsshowthataftertheburiedpipelineleaks,thefluidvelocitydistributioninthepipelineisuniform,andthevelocitychangegradientofleakingfluidinthesoiloutsidethepipelineislarge.Themainsoundsourcesofpipelineleakagearedipoleandquadrupolesoundsources,amongwhichthedipolesoundsourceisconcentratedontheinnerwallofthepipeline,andthequadrupolesoundsourceisconcentratedinthewideareaoutsidethepipeline.Withtheincreaseoftheinternalpressureandleakageportdiameteroftheburiedpipeline,thesoundwaveintensityoftheleakagesoundfieldgraduallyincreases.However,thechangeofsoundintensitycausedbythechangeofleakageportdiameterisfarlessthanthatcausedbythechangeofinternalpressure.Keywords:buriedpipeline;leakageofnaturalgaspipeline;acousticanalogy;numericalsimulation[Citation]陈一鸣,王博,刘宏达,等.基于声比拟法的埋地输气管道泄漏数值模拟[J].西安石油大学学报(自然科学版),2023,38(5):85 91.CHENYiming,WANGBo,LIUHongda,etal.Numericalsimulationofburiedgaspipelineleakagebasedonacousticwaveanalo gy[J].JournalofXi’anShiyouUniversity(NaturalScienceEdition),2023,38(5):85 91.Copyright ©博看网. All Rights Reserved.西安石油大学学报(自然科学版)引 言截至2018年底,我国油气管道总里程累计已达到13.6×104km,但其中已有半数以上的管道进入到了管道运行的“老龄期”[1],所以因腐蚀穿孔、疲劳失效等原因所造成的安全事故层出不穷。
输气管道泄漏声发射信号的数值模拟及应用
高琳;周小杰;周剑楠;王红
【期刊名称】《内蒙古科技大学学报》
【年(卷),期】2024(43)1
【摘要】声发射信号常用于管道泄漏检测中。
目前主要采用实验结合信号分析的方法对管道泄漏声发射信号进行研究,对于管道泄漏声发射信号数值模拟的研究较少。
为了研究输气管道泄漏的流固耦合振动响应特性,建立了泄漏管道三维模型,采用单向瞬态流固耦合的方法对模型进行有限元模拟分析,模拟管道发生泄漏时管道振动的声发射信号。
通过实验声发射传感器记录管壁振动产生的声发射信号。
结果表明:数值模拟结果与实验结果的误差为0.3%,其结果吻合较好。
并将声发射模拟信号应用于小波基选取方面,为后续的泄漏检测研究提供理论参考。
【总页数】6页(P8-12)
【作者】高琳;周小杰;周剑楠;王红
【作者单位】内蒙古科技大学机械工程学院;北京科技大学机械工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TE832
【相关文献】
1.输气管道泄漏过程的CFD数值模拟
2.天然气集气站场内输气管道小孔泄漏数值模拟
3.基于输气管道泄漏声发射信号特征的小波基构造研究
4.基于声比拟法的埋地输气管道泄漏数值模拟
5.输气管道泄漏连续声发射信号的定位技术研究
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