换热管道污垢检测回波频率优选数值模拟与实验

在换热管污垢检测中,多物理场耦合作用下的实验还不具备开展条件,因此,建立准确的超声波传播模型,进行回波频率优选数值模拟具有重要意义。以有限元为基础,基于COMSOL Multiphysics建立了不同换热管特征下3D有限元模型,讨论了其传播特性与换热管特征和回波激励之间变化关系,求解出多层管道特征频率与回波振型。结果表明:不同换热管特征(管材和壁厚)与压力载荷之间具有相似交互关系,采用超声时域反射法检测管道污垢厚度,至少选取5 MHz回波激励,才可抑制伪吉布斯带来的振荡问题,最优检测频率为10 MHz,且壁厚在3 mm～5 mm时,检测效果达到最佳。数值模拟与实验结果一致,对管道沉积污垢的检测误差能控制在±5%以内,为不同管材特征频率选择提供了定量检测依据。

SIMULATION AND EXPERIMENTS ON SELECTING THE ECHO FREQUENCY IN DETECTING THE HEAT EXCHANGE TUBE FOULING