换热管污垢超声时域检测信号处理研究
发布时间：2021-08-12 18:29
换热设备广泛应用于冶金、电力、化工、航空等工业生产领域。随着换热设备运行,在管壁会逐渐形成污垢,污垢的存在将导致换热设备传热效率降低,增加能源消耗,同时也会给换热设备的安全带来影响。因此开展换热设备污垢的研究具有重要的意义。换热设备污垢研究的一个重要环节就是对污垢进行检测,目前传统的污垢检测方法存在一定的不足,如实现困难、无法在线测量等。而超声波检测以其无损、便于实现等优点而得到了人们的关注,本文针对超声波在污垢检测方面的应用开展研究,主要内容如下。针对换热管道污垢超声时域检测时,由于污垢成分复杂、表面凹凸不平,导致回波信号模态混叠严重,噪声干扰大的情形,提出一种基于改进变分模态分解（Variational Mode Decomposition,VMD）的小波收缩阈值去噪方法,对污垢超声检测回波信号进行去噪处理。首先利用VMD方法分解回波信号,为了准确判断出噪声主导模态,进行精准去噪,计算各分量的自相关函数值并绘制相关特性曲线,结合各个分量的能量熵值,判断并识别出噪声分量,其次利用小波收缩阈值方法处理噪声主导模态,拾取其中有用信息,最后重构得到降噪后信号。本文利用仿真软件生成不同管材、...
【文章来源】：东北电力大学吉林省
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２－２?ＵＴＤＲ法基本原理??本课题采用收发一体式双晶探头进行检测，由超声脉冲发射接收仪给出激励，使得??探头发射超声波，垂直入射到换热管，在管壁与污垢界面、污垢与流体界面发生反射与??
?第２章换热管污垢超声时域检测理论研宄???????上管壁??下管壁??图２－２?ＵＴＤＲ法基本原理??本课题采用收发一体式双晶探头进行检测，由超声脉冲发射接收仪给出激励，使得??探头发射超声波，垂直入射到换热管，在管壁与污垢界面、污垢与流体界面发生反射与??透射，各反射波又被探头所接收，数据采集仪进行数据采集，上传至上位机以待分析，??运用信号处理方法对得到的波形进行处理，提取有效信息，计算得到污垢厚度等信息。??图２－３为模拟超声检测回波波形，设定Ａ为管道与污垢界而一次回波，Ｂ为管道与??污垢界面二次回波，Ｔ为污垢与管内流体工质界面回波，通过超声波在管道及污垢中的??声速，再计算相对应的渡越时间，就４以根据公式（２－６）计算得出管壁厚度及污垢厚度。??ｚＷ?二?＾ｃＡｒ?（２－６）??其中：Ａｃ／为污垢厚度，Ｃ为声速，ａ?ｒ为渡越时间??振▲?Ａ?Ｂ??幅｜?ａ?Ｔ??供??？??时间??图２－３超声反射回波信号??２．３换热管污垢流固耦合模型??２．３．１换热管声压场控制方程??在换热污垢流固耦合模型中，利用质量守恒方程描述声音在流体工质中的传播，假??设理想状态下，流体工质无损耗、绝热，以声压变量Ｐ表示声场，其控制方程为：??－９－??
东北电力大学工学硕士学位论文??（开始）??初始化卜义，／１－＾０???？?ｎ?＝?ｎ＋＼，ｋ?＝?＼??Ｊ?更新？－，《‘－?—?ａｒｇ?ｍｉｎ?Ｌ?（▼｛？，＂：／｝，｛？。｝，｛＜｝．?ｉ＂）???ｌｉ±?????ｋ＾ｋ?＋?＼??ｋ?＝?ｌ???（〇Ｓ?????１?ｋ?＝?ｋ?＋?＼?＾￣￣＜＾Ｋｐ＞??（?＼??更新?ｒ〇／＋ｒ／－Ｋ??Ｖ?ｋ?Ｊ??Ｙ??输出Ｋ个窄带ＩＭＦ分量??＾?＼?—??（结束）??图３－１?ＶＭＤ方法流程框图??３．２．３仿真实验与分析??为了对ＶＭＤ方法的降噪效果进行验证，基于ＣＯＭＳＯＬ?Ｍｕｌｔｉｐｈｙｓｉｃｓ数值模拟仿真??软件建立了充液污垢管道３Ｄ有限元模型。该换热污垢管道模型为四层流固耦合模型，??采用全局定义，污垢层设置为碳酸钙，厚度可自行定义，各材料参数如表３－１所示：???表３－１污垢管道模型材料参数表???材料?长度ｍｍ?外径ｍｍ?壁厚ｍｍ?杨氏模量ＧＰａ?密度ｋｇ／ｎｒ１?泊松比??碳钢管?３００?２５?１．５?１９５?８４００?０．２８??碳酸钙?３００?－?－?１０?２２００?０．２８??－１８－??
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于CEEMD-SE-MM的中长期风速模拟方法[J]. 徐杉杉,朱俊澎,袁越. 电力自动化设备. 2020(02)
[2]乳腺微钙化超声检测方法综述[J]. 吴水才,欧阳亚丽,崔博翔,周著黄. 北京工业大学学报. 2020(02)
[3]超声检测NT值异常与胎儿心脏畸形及染色体异常之间的相关性探讨[J]. 魏义梅,倪娜,李新军. 世界最新医学信息文摘. 2019(70)
[4]机械密封润滑膜分布的超声检测技术[J]. 王建磊,王晓虎,张琛,贾谦,陈润霖,刘凯. 中国机械工程. 2019(06)
[5]凝汽器超声波除垢技术的工业应用分析[J]. 马梦晨. 山东工业技术. 2018(01)
[6]先进超声检测技术的研究应用进展[J]. 周正干,孙广开. 机械工程学报. 2017(22)
[7]超声波测距信号小波阈值去噪参数的选定方法[J]. 陈文会,丁晓鸿,陈江宁,刘小民. 传感技术学报. 2017(03)
[8]可视化无损检测技术研究进展[J]. 朱晔,魏世丞,梁义,王玉江,郭蕾,刘文超. 材料导报. 2017(03)
[9]流体引起的空调管路振动分析与实验研究[J]. 谭博欢,舒宝,李冬,柳小勤,伍星. 振动与冲击. 2017(01)
[10]基于变分模态分解和蝙蝠算法-相关向量机的短期风速区间预测[J]. 范磊,卫志农,李慧杰,Kwok W Cheung,孙国强,孙永辉. 电力自动化设备. 2017(01)
本文编号：3338846
【文章来源】：东北电力大学吉林省
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２－２?ＵＴＤＲ法基本原理??本课题采用收发一体式双晶探头进行检测，由超声脉冲发射接收仪给出激励，使得??探头发射超声波，垂直入射到换热管，在管壁与污垢界面、污垢与流体界面发生反射与??
?第２章换热管污垢超声时域检测理论研宄???????上管壁??下管壁??图２－２?ＵＴＤＲ法基本原理??本课题采用收发一体式双晶探头进行检测，由超声脉冲发射接收仪给出激励，使得??探头发射超声波，垂直入射到换热管，在管壁与污垢界面、污垢与流体界面发生反射与??透射，各反射波又被探头所接收，数据采集仪进行数据采集，上传至上位机以待分析，??运用信号处理方法对得到的波形进行处理，提取有效信息，计算得到污垢厚度等信息。??图２－３为模拟超声检测回波波形，设定Ａ为管道与污垢界而一次回波，Ｂ为管道与??污垢界面二次回波，Ｔ为污垢与管内流体工质界面回波，通过超声波在管道及污垢中的??声速，再计算相对应的渡越时间，就４以根据公式（２－６）计算得出管壁厚度及污垢厚度。??ｚＷ?二?＾ｃＡｒ?（２－６）??其中：Ａｃ／为污垢厚度，Ｃ为声速，ａ?ｒ为渡越时间??振▲?Ａ?Ｂ??幅｜?ａ?Ｔ??供??？??时间??图２－３超声反射回波信号??２．３换热管污垢流固耦合模型??２．３．１换热管声压场控制方程??在换热污垢流固耦合模型中，利用质量守恒方程描述声音在流体工质中的传播，假??设理想状态下，流体工质无损耗、绝热，以声压变量Ｐ表示声场，其控制方程为：??－９－??
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【参考文献】：
期刊论文
[1]基于CEEMD-SE-MM的中长期风速模拟方法[J]. 徐杉杉,朱俊澎,袁越. 电力自动化设备. 2020(02)
[2]乳腺微钙化超声检测方法综述[J]. 吴水才,欧阳亚丽,崔博翔,周著黄. 北京工业大学学报. 2020(02)
[3]超声检测NT值异常与胎儿心脏畸形及染色体异常之间的相关性探讨[J]. 魏义梅,倪娜,李新军. 世界最新医学信息文摘. 2019(70)
[4]机械密封润滑膜分布的超声检测技术[J]. 王建磊,王晓虎,张琛,贾谦,陈润霖,刘凯. 中国机械工程. 2019(06)
[5]凝汽器超声波除垢技术的工业应用分析[J]. 马梦晨. 山东工业技术. 2018(01)
[6]先进超声检测技术的研究应用进展[J]. 周正干,孙广开. 机械工程学报. 2017(22)
[7]超声波测距信号小波阈值去噪参数的选定方法[J]. 陈文会,丁晓鸿,陈江宁,刘小民. 传感技术学报. 2017(03)
[8]可视化无损检测技术研究进展[J]. 朱晔,魏世丞,梁义,王玉江,郭蕾,刘文超. 材料导报. 2017(03)
[9]流体引起的空调管路振动分析与实验研究[J]. 谭博欢,舒宝,李冬,柳小勤,伍星. 振动与冲击. 2017(01)
[10]基于变分模态分解和蝙蝠算法-相关向量机的短期风速区间预测[J]. 范磊,卫志农,李慧杰,Kwok W Cheung,孙国强,孙永辉. 电力自动化设备. 2017(01)
本文编号：3338846
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