基于有限元的污垢管道超声导波传播特性研究

摘要

污垢的积聚降低了换热设备的传热能力，增大了介质的流动阻力，影响了设备的安全运行，造成了巨大的经济损失，因此受到了各国传热界学者的关注。由于污垢的组成与形态均具有不确定性，给污垢的定性、定量检测带来了极大困难。
　　超声导波法作为一种应用广泛的无损检测方法，具备检测精度高、速度快、成本低的优点，在污垢检测方面具有很好应用前景。因此本文提出了一种基于超声导波的污垢检测方法，并利用此方法对超声导波在污垢管道中的传播特性进行分析，为用超声导波法实现管道污垢厚度定量检测奠定基础。
　　首先从理论上分析了超声导波在清洁管道中的传播特性，利用Matlab绘制导波在管道中传播的频散曲线，并根据实际需要选择适于检测的模态。采用 ANSYS有限元软件对超声导波在清洁管道及污垢管道中传播进行数值模拟，从波源（中心频率、周期）对污垢管道检测的影响、相同波源激励的不同污垢厚度管道之间导波模态幅值关系这两方面展开研究，得到污垢对超声导波在管道中传播的影响、适于污垢管道检测的中心频率与周期。之后对L(0，3)模态导波进行了较小污垢厚度变化的敏感性分析，得出L(0，3)模态导波为检测污垢管道的最佳模态。最后搭建超声导波管道污垢检测实验台，设计和进行了检测实验。检测结果与数值模拟结果基本吻合，仿真所得到的导波模态及最佳激发频率可直接应用于实际检测中。

目录

第1章 绪论

1.1 研究的背景和意义

1.2 研究的发展现状

1.3 本文的主要研究内容

第2章 弹性管道超声导波的传播理论

2.1 超声场及其特征量

2.2 斜入射界面超声波的波形转换

2.3 管道超声导波检测的理论基础

2.4 弹性空心圆柱体中的导波

2.5有限元理论

2.6 超声导波污垢检测理论

2.7 本章小结

第3章 污垢管道超声导波传播特性影响分析

3.1管道超声导波检测模态和频率的选取

3.2 管结构有限元建模

3.3 空管道的数值模拟结果分析

3.4 污垢管道的数值模拟

3.5波源对检测结果的影响

3.6 同一模态不同传播距离对超声导波检测结果的影响

3.7 L(0，3)模态导波对污垢厚度变化的敏感性分析

3.8 不同管道材质对导波检测的适用性分析

3.9 本章小结

第4章 超声导波污垢检测的实验研究

4.1 超声导波实验检测原理

4.2 超声导波检测装置简介

4.3 管道污垢检测实验设计

4.4 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表论文情况

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