管道运输作为五大运输方式之一被广泛应用于工业生产、能源供应等领域,在经济飞速发展的今天发挥着重要作用。在管道服役期间,对管道运输进行泄漏监测是预防管道失效、降低管道运行风险的重要手段,而了解管道泄漏监测的相关知识,并掌握管道运输的控制操作,是从事管道管理相关工作人员的基本技能要求。本文从该角度出发,通过对管道典型工况进行瞬变流动分析,优选负压波-流量联合法,建立了一套虚实结合的管道泄漏监测综合仿真实验系统,为管道运输安全管理的实验教学和人员培训提供良好的学习及操作平台。同时,设计了一套泄漏检测与定位算法,为基于本实验系统的泄漏监测提供有效解决方案,具有积极的理论研究意义和工程实用价值。本文的主要工作和研究内容如下:(1)阐明本文的研究背景及意义,对国内外管道泄漏监测系统研究现状进行综述,并总结了管道泄漏监测系统的发展趋势。同时,针对论文的研究内容,对管道仿真技术和仿真实验系统进行了简要概述。(2)基于管道流体力学理论,建立了管道瞬变流数学模型,并对简单长输管道的突发泄漏、首端开泵、末端关阀3种典型工况进行了仿真研究。研究表明,不同工况条件下管道首末端的压力和流量值随时间的变化规律不同,基于压力和流量的波形特征来实现管道泄漏检测的工况辨识具有可行性。(3)通过对各种管道泄漏监测方法进行相关评价指标比较,优选负压波-流量联合法来构建管道泄漏监测综合仿真实验系统。根据负压波法和流量平衡法的检测原理,就其关键问题展开详细分析,提出相应解决方案。(4)设计并开发了一套管道泄漏监测综合仿真实验系统。利用该实验系统可实现动态导航、用户管理、参数配置、实时监控、数据的保存、查询与打印、情景仿真、泄漏检测与定位计算和报警等多项功能,为学员学习管道泄漏监测相关知识和管道运输基本操作提供了友好的实验培训平台。(5)结合小波分析、相关分析和流量差值分析3种信号处理方法,设计了一套管道泄漏检测和定位算法。经实验测试证明,采用该算法进行管道泄漏检测与定位分析是可行的。