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油田管道不定衰减水声信号的仿真分析

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第３ １ 卷 第３ 期
文章编号 ： １ ０ ０ ６ — ９ ３ ４ ８ （ ２ ０ １ ４ ） ０ ３ — ０ １ １ ８ — ０ ４
计
算
机
仿
真
２ ０ ｌ ４ 年３ 月
油 田管 道 不 定 衰 减水 声 信 号 的 仿真 分 析
郭 晓 艳
（ 中国石油大学化学工程学院 ， 山东 青 岛 ２ ６ ６ ５ ５ ５ ）
摘要 ： 研究管道 水声信号 的识别这种衰减 随着管道长度 、 环境 的不 同而存在 差异 ， 传统的信号识别方法多是根据稳定的信号特征建 立模 型， 很难对这种存在不定衰减特征的信号进行建模 ， 进 而造成识 别的困难。提出了一种基 于声学射线理论的油 田注水井管道的声信道模 型建立方法 。结合 声学射线理论 知识和油 田的现 场实验数据 ， 研究注水管道 中的声传播特性 ， 分析 注水井 的水声信 道特征 ． 分 析由注水井 油管 的固体声传播 媒介和 井内流 体——水的流体声传播媒介构成 的声信道的物理环境 ， 计算声 波在这种信道环 境下的传播规 律 ， 保证识 别的准 确。实验和 仿真结果验证了水声信号经过井 口后 ， 几乎衰减至零 ， 利用水声发射换 能器发射信号 ， 在实验井和工作井 内水声 信号能在井 口附近能收到信号 ， 其 中距离增加井下 ５ ０ ｍ后 ， 仅有耦合信号 。识别效果较好 。 关键词 ： 油 田； 注水井 ； 管道 ： 声信道
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中图 分 类 号 ： Ｔ Ｎ ９ １ ９ ． １ ： Ｔ Ｅ ３ １ ９ 文献 标 识 码 ： Ａ
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第四章7节 油气管道仿真软件

第四章7节 油气管道仿真软件


• 边界条件是指模拟对象边界处的流动状态或流动状态参数之间的关系式
• 管道瞬变流动过程的边界条件，就是瞬变流动过程中，边界处压头、流量与 时间的变化关系。
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建立和求解边界条件，就是使用辅助方程描述管道边界处压头、流量随时间 变化的某种函数关系，联立求解辅助方程和对应的特征方程的过程。
通过求解边界条件，把边界特性传递给模拟的管道内部节点。管道系统中的 边界条件有内部边界条件和外部边界条件之分。
SPS软件 功能
• • • • • • • • • • • • • 批次跟踪 混油界面跟踪 减阻剂(DRA)仿真 控制系统仿真 热力仿真 不满流仿真 非牛顿流体仿真 瞬态仿真 压缩机仿真 用户产权跟踪 组分跟踪 管网存活时间分析 清管器跟踪 泄漏检测 操作员培训
通过SPS软件提供的功能模块和 软件接口，仿SCADA系统界面， 可开发出培训器操作界面，并 通过OPC与界面进行数据连接， 从而将后台的仿真模型与前台 的操作界面有机地结合起来。 在培训器界面上可提供管道全 线的参数显示及控制画面、水 力坡降线和趋势图等，以方便 对管道运行人员的操作培训。
• TGNET静态模拟过程中不能随 时查看结果，SPS在动静态模 拟过程中均能查看结果，但在 动态时其结果随时间变化快不 易查看，需要通过建立 INGRAF文件，运行GRAF后 ，才能查看软件自行生成了 OUTGRAF结果文本文档(静态 也一样)；TGNET则不需要编 写任何程序，可以直接查看结 果趋势和表。 TGNET通过有效性检验后，便可 进行动静态模拟；
2. 管道仿真技术发展趋势
• 主要集中在 »泄漏检测 »顺序输送 »加剂输送 »仿真培训
2.1管道泄露检测和分析
• 目前管道检漏的方法很多，常用的有两种。
水声通信系统中的音频信号处理技术研究

水声通信系统中的音频信号处理技术研究

水声通信系统中的音频信号处理技术研究水声通信是指利用水传播声音来进行信息传送的通信方式。

由于水的传输特性和声波的特性不同于空气中的传输，水声通信具有传输距离远、传递速度慢、信噪比低等特点。

为了在水下环境中实现高质量、高稳定的水声通信，需要采用一系列音频信号处理技术。

本文将分析水声传输中的音频信号特点以及目前已有的音频信号处理技术。

一、水声通信中的音频信号特点1. 传输损耗大：水的传输特性使得声波在水下传播时，会遇到较大的衰减和散射，信号损耗较大。

2. 带宽有限：水声通信波长较长，可用的频带宽度较窄，因此传输速率比其他通信方式慢。

3. 多径传输：水中存在反射、折射、散射等多种传输方式，会使得接收端接收到多个信号，导致信号复杂。

4. 信噪比低：水声通信中的信噪比较低，主要受到背景噪声和声波散射的影响，需要采取措施降低噪声干扰。

二、音频信号处理技术1. 声波传输模型：建立适合水声通信信道的声波传输模型，以了解信号在水下传输的特点和规律，为后续的音频信号处理提供依据。

2. 预编码技术：对发送信号进行预编码，在接收端进行解码，以降低信号的传输损耗。

预编码技术包括差分编码、多智能体技术等。

3. 码元调制技术：对消息进行编码，将其转化为合适的信号，以提高传输效率和可靠性。

常用的码元调制技术有PSK、FSK、ASK等。

4. 多径传输补偿技术：针对水声通信中存在的多径传输问题，采用多径传输补偿技术，如自适应均衡、时域均衡、频域均衡等。

5. 盲源分离技术：通过将信号分解成多个独立源信号，实现信号的分离和去噪。

常用的盲源分离技术有独立分量分析（ICA）、主成分分析（PCA）、小波变换等。

6. 降噪技术：通过消除背景噪声，以提高信号的质量和可靠性。

常用的降噪技术包括谱减法、小波阈值法等。

7. 频偏补偿技术：针对水声传输中频率偏移较大的问题，采用频偏补偿技术进行处理。

常用的补偿方法有数字预处理方法、FIR低通滤波器等。

三、水声通信系统的应用水声通信系统被广泛应用于海洋勘探、水下探测、海底网格状传感器网络等领域。

水下声信道特性仿真实验

水下声信道特性仿真实验

科技资讯科技资讯S I N &T NOLOGY I NFORM TI ON2008N O.18SCI EN CE &TECHN OLOG Y I NFOR M A TI O N高新技术在水下通信信道中,可以利用的带宽受到传播损失的严重限制,传播损失随着频率和距离的增加而不断增加。

并且,除了近程垂直信道水声通信外,水声信道同时具有多径时延扩展与多普勒频率扩展。

一方面,信道多径传播导致时延扩展,使得通信接收信号产生码间干扰;而另一方面,信遭随机时变导致频率扩展,使得通信系统解调相位稳定性能下降。

下面我们将首先给出对实验水声信遭的仿真模型与测量方法,并将对信道的时变因素进行仿真,包括路径的多普勒扩展与频移。

1水声信道模型根据射线声学的观点,声信号自声源发出,沿不同路径到达接收点,总的接收信号是通过接收点的所有各声线所传送信号的干涉叠加。

因此,水声传输信道可以看作为时变离散多径信道,其冲激响应函数模型为:其中,M 为路径条数,表征信道时间扩展；a i 是第i 条路径的复幅度,它是时间的函数,表怔信道多径接收信号的频率扩展;t i 是第i 条路径的时间延迟,考虑到发射接收端相对运动引起的多普勒效应t i 同样也是时间的函数。

上式给出的信道模型与传统信道仿真所采用的信道模型是一致的,不同的是,在本文中模型各参数不再通过对水声环境各物理过程的理论模型或经验模型进行解算得到,而是直接对实验水声信道测量获得。

2水声信道测量通常水声通信信道测量采用宽带信号如线性调频信号的自相关脉冲压缩原理进行。

线性调频信号的波形表示为:其中,f 0与j 0分别为起始频率与初始相位,信号瞬时频率是时间的线性函数:式中β为扫频系数。

设信号扫频带宽为w,线性调频时段长度为T ,则有:线性调频信号的自相关函数为其处理增益为R(T)。

因此,通过发射适当时宽带宽积的线性调频脉冲串并在接收端使用匹配漏波器检测,即各模型参数的时变取值。

石油管道水击压力数值模拟研究

石油管道水击压力数值模拟研究


管道在输油过程中，经常由于各种原因而产生 水力瞬变，如输量调节、阀门的开启或关闭等都会 发生水力扰动，进而使管道中的介质呈现非稳态特 性，引起管道内的压强交替升降，以至于发生水击。 因为水击压力能够产生超压、汽蚀等现象，甚至可 能造成管道破裂等重大事故[1]。为保证管道的安全、 可靠、经济地运行，应对管道输送时的水力工况进 行分析。
力都随时间的变化而变化，即为不稳定流动。如图
1 所示，阀门处压力的变化具有周期性，周期
T = 4L =18 (s)，且在 T = 2L = 9(s) 时压力突然变化。
a
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在水击压力波的传播过程中，由于具有摩擦阻力，
能够使管道内的压力出现损失，也即存在能量损失。
因而会出现不断衰减的水击压力波，并以正弦波的
2 水击的危害
由于管道内的不稳定流动而产生的水击现象一 低压；还有一种能 够造成管路振动。
①管道充装 阀门的突然关闭能够引起管道充装。当突然关 闭阀门时，波后减速的流体随着压力的增大而受到 压缩，因此流体的体积不断变小，而管道的截面积 不断增大，不停地为继续向波后流动的流体提供新 的容积，这个过程就称为管道充装，也即超高压， 往往造成管道破裂事故[5]。
Q p1
=
H p1 − Cm B
，
H
p1
=
H0
；而管道的下游是阀门，
则 Qpn+1 = 0 ， H pn+1 = C p 。
5 算例与程序编制
1477
5.1 计算实例
一条Ф219 mm×5 mm 的石油管道，L=5 000 m， 液位表面相对于末端阀门的高度为 100 m，稳定运 动时，管内流速是 0.5 m/s，水力坡降 i=0.002，水击 波传播速度 a=1 100 m/s。如果末端阀门突然关闭， 说明管内流动瞬变状态。 5.2 程序编制