夹套结构设备是化工行业常见设备,主要由内管和夹套两部分结构构成。内管通常盛装高腐蚀性或高温介质,经常会发生由介质腐蚀、磨损、疲劳引起的开裂、壁减和穿孔等问题,进而导致内管中流体的泄漏。夹套结构的内管泄漏很难及时发现,易造成事故并产生巨大的经济损失和人身伤害等后果。所以在工业生产中,迫切需要针对夹套结构的内管泄漏开展声学检测方法和实验研究,以保证夹套结构设备的安全运行。本文以夹套结构内管泄漏这一工程问题为背景,开展夹套结构内管泄漏发声机理和泄漏声源的声学特性的研究。由于夹套结构内管泄漏为非自由喷流,产生的噪声源较自由喷流更加复杂。因此采用理论分析对声源进行剖析并确定主要声源,采用数值模拟的方法分别研究无夹套和有夹套两种情况下内管泄漏喷流流场和喷流声场的特性,得到泄漏压力、泄漏孔径及夹套间距等参量与泄漏流场分布和泄漏声场分布的关系。在此基础上建立夹套结构内管泄漏声学检测实验系统,进行夹套空间内部介质为气体和液体两种情况的内管泄漏声学检测实验,分析泄漏压力、泄漏孔径、夹套间距等参量对声参量的影响。论文的主要研究内容和结果如下:1.根据流体动力学理论,在自由喷流流场分析的基础上,对夹套结构内管泄漏喷流引起夹套空间单相流场的改变进行理论分析,确定喷流流场分布特征;在单相流场分析的基础上,对夹套结构内为液体时由于内管气体喷流引起夹套空间流场的改变进行理论分析,获得夹套液体受激流动、气泡产生及分布、气泡运动过程等影响声场的关键特性,并确定夹套外壁承受流体力公式。2.根据气动声学理论,在自由喷流声场研究的基础上,对夹套结构内管泄漏产生的声场及其辐射特性进行研究,确定泄漏喷流在夹套环状空间产生声场的分布特性。在单相喷流声场分析基础上,对夹套结构内为水时由于内管气体喷流引在夹套空间产生的声场分布进行研究,并确定了夹套外壁产生声源的类型。3.建立夹套结构内管泄漏的仿真模型,开展夹套介质为气体条件下泄漏流场数值模拟,得到流场分布随泄漏孔径、泄漏压力、夹套间距等参量的变化规律,发现泄漏压力是造成流场扰动的主要因素。在夹套介质为液体时,不同参量对流场分布有类似影响,但在相同工况下流场的最大流速要小于夹套介质为气体的情况。4.在夹套结构内管泄漏流场的数值模拟结果基础之上,通过宽带噪声模型计算出泄漏流场内的噪声功率级分布,确定了噪声来源,并得到了声功率级随泄漏孔径、泄漏压力、夹套间距等不同参量变化的规律。5.建立夹套结构内管泄漏声学检测实验系统,进行气-气和气-液泄漏检测实验,分析在夹套内管泄漏过程中泄漏噪声沿夹套壁面的传播特性,以及夹套间距、泄漏压力、泄漏流量、泄漏孔径、泄漏孔数对声发射信号的影响。