基于UTDR管道污垢超声场模拟与实验研究
发布时间：2023-06-18 03:36
污垢是导致工业换热过程能耗高、低效的根源。由于污垢产生条件、影响因素及作用机理的复杂性,目前很难用数学模型对其进行准确描述,实际应用的需要催生了将人工智能应用于污垢在线监测的需要。尽管已有较多换热设备污垢进行检测的研究,但在污垢形成过程仍存在着检测精度不高并且也尚无一种高效、方便、完整的检测流程对污垢结垢程度进行量化。超声波技术应用于检测污垢的研究在膜分离污染已有大量研究,而对于各种换热设备中管道污垢的超声检测,因其回波复杂等众多因素影响,检测困难更大,研究鲜见报道。本文首先对国内外已进行单层管道超声场传播特性研究进行分析和总结,归纳出在超声检测过程固-固、固-液界面控制模型中所存在的声-固耦合难点,以东北电力大学节能与测控技术工程实验室换热设备动态实验污垢管道为研究背景,基于流固耦合作用,对其超声时域反射检测过程中管体变形与污垢水层流动规律进行有限元建模,分析出影响污垢厚度超声检测的主要因素。其次针对实际检测中的噪声干扰,影响后续实验污垢信号处理,根据充液污垢管道仿真污垢回波信号的特点,提出基于完备总体平均经验模态分解理论的换热污垢超声检测信号降噪方法,并结合污垢检测噪声自相关函数特...
【文章页数】：93 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 课题的背景和意义
1.2 研究的发展现状
1.2.1 超声场模拟仿真研究进展
1.2.2 基于UTDR污垢检测研究进展
1.2.3 超声检测信号处理发展现状
1.3 本文的主要研究内容及技术路线
1.3.1 主要研究内容
1.3.2 主要技术路线
第2章 管道污垢超声检测理论研究
2.1 管道流体振动控制分析
2.1.1 管道流体声压方程推导
2.1.2 管内流体振动方程参数配置
2.2 管道污垢振动控制分析
2.2.1 管道污垢变形控制方程
2.2.2 污垢管道振动方程参数配置
2.3 管道污垢超声时域反射检测
2.3.1 超声时域反射检测原理
2.3.2 污垢超声检测系统构成
2.4 本章小结
第3章 污垢管道的流固耦合数值模拟
3.1 污垢管道的有限元分析
3.1.1 有限元计算步骤
3.1.2 基于有限元管道单元计算
3.2 污垢管道流固耦合数学模型
3.2.1 模型的基本假设
3.2.2 定解条件
3.2.3 COMSOL仿真步骤
3.3 充液污垢管道仿真
3.3.1 声-固模块在污垢管道的运用
3.3.2 污垢管道流固耦合建模
3.4 超声时域反射结果分析
3.4.1 波源激励对污垢管道流层声压场的影响
3.4.2 波源激励对污垢管道应力场的影响
3.4.3 充液污垢管道超声时域信号的可检测性
3.4.4 不同管径下超声时域信号分析
3.4.5 不同污垢厚度下超声时域信号分析
3.5 本章小节
第4章 超声回波噪声抑制方法研究
4.1 基于集合经验模态理论的回波信号降噪方法
4.1.1 集合经验模态算法基本思路
4.1.2 仿真实验与分析
4.2 基于完备总体经验模态的回波降噪方法
4.2.1 完备总体经验模态算法基本思路
4.2.2 仿真实验与结果分析
4.3 基于CEEMD超声回波渡越时间获取
4.3.1 全局阈值方法超声回波渡越时间提取
4.3.2 分层阈值方法超声回波渡越时间提取
4.4 本章小结
第5章 换热污垢超声检测信号处理及结果分析
5.1 超声时域检测装置简介
5.1.1 超声波发射接收仪
5.1.2 高速数据采集仪
5.2 管道污垢检测实验设计
5.2.1 换热管道污垢实验平台
5.2.2 超声时域污垢检测实验台
5.3 洁净管道超声信号对比分析
5.3.1 参考信号的采集与验证
5.3.2 参考信号回波分析处理
5.4 污垢管道超声信号对比分析
5.4.1 污垢信号的采集与验证
5.4.2 污垢信号回波分析处理
5.5 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
致谢
本文编号：3834699
【文章页数】：93 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 课题的背景和意义
1.2 研究的发展现状
1.2.1 超声场模拟仿真研究进展
1.2.2 基于UTDR污垢检测研究进展
1.2.3 超声检测信号处理发展现状
1.3 本文的主要研究内容及技术路线
1.3.1 主要研究内容
1.3.2 主要技术路线
第2章 管道污垢超声检测理论研究
2.1 管道流体振动控制分析
2.1.1 管道流体声压方程推导
2.1.2 管内流体振动方程参数配置
2.2 管道污垢振动控制分析
2.2.1 管道污垢变形控制方程
2.2.2 污垢管道振动方程参数配置
2.3 管道污垢超声时域反射检测
2.3.1 超声时域反射检测原理
2.3.2 污垢超声检测系统构成
2.4 本章小结
第3章 污垢管道的流固耦合数值模拟
3.1 污垢管道的有限元分析
3.1.1 有限元计算步骤
3.1.2 基于有限元管道单元计算
3.2 污垢管道流固耦合数学模型
3.2.1 模型的基本假设
3.2.2 定解条件
3.2.3 COMSOL仿真步骤
3.3 充液污垢管道仿真
3.3.1 声-固模块在污垢管道的运用
3.3.2 污垢管道流固耦合建模
3.4 超声时域反射结果分析
3.4.1 波源激励对污垢管道流层声压场的影响
3.4.2 波源激励对污垢管道应力场的影响
3.4.3 充液污垢管道超声时域信号的可检测性
3.4.4 不同管径下超声时域信号分析
3.4.5 不同污垢厚度下超声时域信号分析
3.5 本章小节
第4章 超声回波噪声抑制方法研究
4.1 基于集合经验模态理论的回波信号降噪方法
4.1.1 集合经验模态算法基本思路
4.1.2 仿真实验与分析
4.2 基于完备总体经验模态的回波降噪方法
4.2.1 完备总体经验模态算法基本思路
4.2.2 仿真实验与结果分析
4.3 基于CEEMD超声回波渡越时间获取
4.3.1 全局阈值方法超声回波渡越时间提取
4.3.2 分层阈值方法超声回波渡越时间提取
4.4 本章小结
第5章 换热污垢超声检测信号处理及结果分析
5.1 超声时域检测装置简介
5.1.1 超声波发射接收仪
5.1.2 高速数据采集仪
5.2 管道污垢检测实验设计
5.2.1 换热管道污垢实验平台
5.2.2 超声时域污垢检测实验台
5.3 洁净管道超声信号对比分析
5.3.1 参考信号的采集与验证
5.3.2 参考信号回波分析处理
5.4 污垢管道超声信号对比分析
5.4.1 污垢信号的采集与验证
5.4.2 污垢信号回波分析处理
5.5 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
致谢
本文编号：3834699
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