基于流固耦合的超声污垢检测数值模拟

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1、基于流固耦合的超声污垢检测数值模拟孙灵芳徐曼菲孔盛琦东北电力大学自动化工程学院基于ComsolMultipysics仿真软件，建立了声发射稱合的板材-污垢多层有限元模型。以弹性动力学和压力声学为理论基础，推导了薄平板型试样在平面波辐射下的声波振动控制方程，研究丫流相与固相区域超声传播特性规律，实现丫二维平板污垢纵、横波分离的弹性数值模拟，通过分离后的波场提取，对薄层平板沉积污垢厚度进行高精度检测。数值模拟结果表明:流相区域服从微小声波波动方程传播规律，固相IX域也能很好的实现弹性纵横波的完全分离提取;超声波对薄层平板沉积污垢的检测

2、误差在5%以内，证明了数值模拟的可行性与准确性，对于实际换热系统的运行和清污具有很好的指导作用。关键词：换热设备污垢;超声检测;纵横波分离;数值模拟;基金：国家自然科学基金项目(51176028)资助NUMERICALSIMULATIONFORULTRASONICFOULINGDETECTIONBASEDONFLUID-SOLIDSTRUCTUREINTERACTIONSUNLingFangXUManFeiKONGShengQiSchoolofAutoma/UonEngineering,NortheastDianliUnivers

3、ity;Abstract：BasedonsimulationsoftwareofComsolMultipysics，alaunchcoupling-board-foulingmultilayerfiniteelementmodelwasestablished.Inaddition,bydeemingelastokineticsandpressureacousticsastheoreticalfoundations,anacousticvibrationcontrolequationwasderivedforthethinplate

4、sattheconditionofplanewaveradiationtostudyultrasonicpropagationrulesinflowandsolidphasezonesandalsoimplementelasticnumericalsimulationforlongitudinalandtransversewaveseparationoftwo-dimensionalflatfouling.Furthermore,ahigh-precisiondetectionwascarriedoutforthethicknes

5、soffoulingdepositedonthethinplateaftertheextractionoftheseparatedwavefield.ThenumericalsimulationresultsindicatedthatcompleteseparationandextractionofelasticP-andS-waveswerealsorealizedforthesolidphasezoneinabettermanneraccordingtotheflowzonecomplieswithmicroacousticw

6、aveequationpropagationlaw;Tnaddition,thedetectionerrorofdepositedfoulingonthinplateperformedbytheultrasonicwavewaswithinarangeofabout5%.Suchresultsnotonlyprovedbothfeasibilityandaccuracyofnumericalsimulation,butalsoplayedaroleofguidanceintheoperationandclearingoftheac

7、tualheatexchangesystem.Keyword：Heatexchangefouling;Ultrasonicdetection;P-ands-wavesseparation;Numericalsimulation;引言换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备。根据冷、热流体热量交换的方式可分为间壁式、混合式和蓄热式换热器UL在三类换热器中，间壁式换热器应用最多。板式换热器(plateheatexchanger,PHE)是典型的间壁式换热器，0前己广泛应用于电力、化工、冶金、纺织等领域m。结垢作为换热器中一种极为普

8、遍的现象，给生产效率和安全性造成负面影响，因此对污垢的监测、预测与消除的研宄正日益受到各国研宄人员的重视位1。目前，较为普遍的换热污垢无损检测方式是利用热力学方法，采用热阻作为污垢量的间接衡量指标进行检测U1。而这种方法受多参数测量准确性影响，可信