铁磁性平板构件远场涡流传感器设计与仿真分析

远场涡流检测技术不受集肤效应的限制,其相对于传统涡流检测技术而言,能够对金属构件的更深层缺陷进行检测,首先介绍了平板远场涡流的一些研究现状,分析了平板远场涡流的检测原理和传感器设计要求,在此基础上,设计了基于圆柱和矩形结构的2种传感器模型,分析了2种模型在平板构件中所感应磁场的分布规律,并对比了其对不同板厚的检测能力。结果表明：矩形激励线圈能在平板中感应出定向传播的磁场,可以利用矩形结构的远场涡流传感器对较厚平板构件中缺陷的深度和长度进行定量检测。     

远场涡流检测技术研究的发展及现状

综述了远场涡流检测技术领域的发展状况,着重介绍了新型、高效远场涡流探头的性能及发展趋势。     

管道轴向裂纹检测脉冲远场涡流传感器设计与仿真分析

脉冲远场涡流检测方法结合了脉冲检测频率丰富以及远场方法适于铁磁性管道检测的优势,因此文中采用脉冲远场技术对管道轴向裂纹进行了检测。首先分析了脉冲远场涡流的检测原理,通过提取感应电压信号的负峰值和过零时间作为特征量可以分析管道的检测信息,在此基础上设计了4种不同结构的传感器模型,比较了4种模型过渡区的远近、对轴向裂纹检测灵敏度的高低以及对不同壁厚管道检测的结果。仿真结果表明：与其它模型相比，连通激励磁路的传感器模型具有更好的检测效果。     

非磁性航空金属构件检测中 脉冲远场涡流传感器的仿真设计

在分析脉冲远场涡流检测原理的基础上,采用U型罩结构模拟管道,成功的将脉冲远场涡流技术应用到了非磁性金属平板的检测中；仿真设计了空心、聚磁、连通磁路3种传感器模型,比较了不同模型过渡区的远近、对缺陷检测的灵敏度及对不同厚度平板的检测能力.仿真结果表明:带连通磁路的传感器模型不仅可以将激励与检测线圈之间的距离从20 mm缩短至10 mm,还可以提高对缺陷检测的灵敏度,同时,带连通磁路的传感器模型对厚度为11 mm以上的平板具有更强的检测能力.     

非线性因素对远场涡流探头特性的影响

采用线性和非线性有限元方法对带磁路和磁电组合屏蔽的远场涡流探头的信号——距离特性进行了计算机模拟,给出探头的信号——距离特性曲线。结果表明：铁磁材料的非线性因素导致激励电流密度与二次穿透区的位置直接相关联。     

基于UTC结构的非磁性平板脉冲远场涡流传感器参数优化的仿真分析

飞机多层结构中深层缺陷的定量评估是目前航空无损检测领域面临的一个难点问题,传统无损检测方法需要对飞机结构拆卸后进行检测,这样既增加了费用又无法满足飞机外场检测的需求,远场涡流技术由于不受集肤效应的限制,其可实现原位检测的优点成为解决此难题的有效途径。在分析了非磁性平板构件脉冲远场涡流检测技术所存在问题的基础上,通过设计基于UTC结构的传感器使得平板构件检测中也产生了远场效应。同时,对UTC结构中材料属性、UTC结构长度和厚度对检测结果的影响进行了仿真分析,得到了其优化设计的准则。     

新型方向性自差分涡流传感器的仿真设计与研究

传统涡流检测技术采用一个圆柱形的激励线圈来产生激励磁场,通过用检测线圈来收集扰动磁场,然而由于激励线圈引起的磁场要比缺陷引起的扰动磁场强很多,这种结构的传感器对缺陷的检测灵敏度低,需采用差分的方法来获取缺陷信息。提出了一种新型涡流传感器,其通过采用矩形激励线圈来改变激励磁场的空间分布,使得无需采用差分方法就可以获得缺陷信息。在对新型传感器进行原理分析的基础上,仿真分析了其与传统传感器探头缺陷检测灵敏度之间的差异。并对传感器尺寸和激励频率进行了优化设计,最后验证了该新型传感器对缺陷长度的定量检测能力。仿真结果表明,该新型传感器具有较高的检测灵敏度和缺陷定量精度,为以后单激励多检测阵列涡流传感器的研究奠定了基础。     

矩阵式涡流传感器的应用

介绍用于检测和识别简单形状的金属物体的矩阵传感器, 并对简单形状的金属物体进行测量     

脉冲远场涡流检测中磁场抑制技术研究

通过传感器结构的合理设计,脉冲远场涡流可用于飞机机身非磁性金属结构中缺陷的检测,但是,传统远场涡流信号微弱,检测灵敏度不高,因此,如何实现对远场涡流的磁场抑制与信号增强,从而改进和提高其检测能力是一个关键问题。本文从抑制远场涡流磁场直接耦合分量的角度出发,仿真设计了带有不同屏蔽结构的传感器模型,分析了不同材料的屏蔽效果,比较了不同模型的缺陷检测灵敏度以及对大厚度平板的检测能力。研究结果表明,基于高导磁材料屏蔽盘的连通磁路传感器对直接耦合分量具有较好的抑制作用,可以缩短过渡区,拉近激励与检测线圈间的距离,提高缺陷的检测灵敏度,其对非磁性平板的检测厚度可扩展至25mm。     

涡流传感器温漂补偿

分析了影响涡流传感器温度漂移的主要因素，提出一种减少温度漂移的有效方法，理论和实践结果表明此方法有很好的温度漂移补偿效果。     

涡街流量信号中管道振动噪声的分析与处理

研究了获取管道振动噪声干扰特征的方法,介绍了基于加速度传感器的管道振动信号的采集.结合涡街流量信号和管道振动信号的频谱分析结果,指出了管道振动信号频率与涡街流量信号的主要干扰分量频率直接相关.研究表明,可通过获取管道振动加速度信号特征,来间接获得涡街流量信号中最主要噪声的频率特征.基于这一研究结论,以管道振动信号的特征信息为参考输入,验证了通过自适应滤波对涡街流量信号中振动噪声的滤波方法.     

涡街流量传感器在二维和三维流场中特性之比较

涡街流量传感器中的涡街现象存在于三维管道中,其信号特性表现出与二维情况较大的差异．研究这种差异对于涡街流量传感器的设计以及三维建模具有十分重要的意义．通过在近似二维流场（水槽中）以及三维流场（管道中）的实验,发现管道中的涡街频率比水槽中高出至少1倍,且最强信号出现的位置比水槽中更靠近旋涡发生体,由此引发了对二维、三维涡街流场特征的研究．通过数值仿真,揭示了造成差异的原因是管壁的约束作用以及涡管的扭曲,同时对涡街流场的速度分布等特征进行了分析．     

离散涡法模拟不同直径串列圆柱绕流

通过在势流场中嵌入有限数目的点涡来代表局部有旋区域连续分布的涡量,在拉格朗日框架下应用离散涡方法求解非定常涡量方程。从而有效模拟了高雷诺数下不同直径串列圆柱绕流脱落旋涡的动态演化过程,并分析了流场中大尺度旋涡相干结构对前后圆柱受力的影响．结果表明,流场中的小尺度旋涡会被大尺度旋涡卷吸．形成涡量强度更大的旋涡．当大圆柱在前、小圆柱在后布置时,大圆柱的升、阻力系数受影响较小,大圆柱阻力系数基本保持不变,小圆柱阻力系数平均值较小但振幅波动较大,大圆柱的升力系数波动较大,大、小圆柱的升力系数的平均值都基本为0;当小圆柱在前、大圆柱在后布置时,大圆柱阻力系数振幅增大而平均值降低,小圆柱阻力系数振幅减小而平均值增大,大、小圆柱的升力系数趋向于一致,平均值仍然都基本为0．     

飞行器头部的涡系结构研究

通过三阶精度离散格式求解N-S方程,模拟了飞行器头部涡系流动过程,展示了不同层次的涡系结构.结果表明,较小攻角时,表面不同的鞍点与结点拓扑组合,在飞行器头部空间演化出不同的涡系.稳定螺旋点在空间演化为羊角涡,促使对称主涡向非对称发展.较大攻角时,头部空间演化出U型马蹄涡,通过牵制主涡涡核,抑制主涡向非对称发展.中等攻角时,飞行器头部既形成羊角涡,又形成马蹄涡,二者对主涡的作用是相反的.     

流态软土管道流动性质试验研究

在工程中,流态软土常常需要通过管道输送,然而人们并不清楚流态软土管道流动的力学性质。以毛细管试验仪为原型,设计了适合研究软土管道流动特性的仪器,研究了软土含水量、管道长径比、流动速度以及停滞时间对软土管道流动性质的影响。结果表明:同一长径比管道中,随着含水量增大,软土的剪切应力减小、流动性增强;当含水量大于一定值之后,剪切应力几乎不变;随着剪切速率增加,剪切应力变大,但最终会趋于平稳。同一剪切速率下,随着管道长径比增大,剪切应力显著增大。软土在管道中的停滞时间越长,再次启动输送时软土受到的阻力就越大。     

涡激振动对管道液固两相流流场的影响

采用以颗粒动力学为基础的Euler-Euler双流体模型和计算流体动力学(CFD)技术模拟涡激振动下的管道内部液固两相流流动,研究了涡激振动对深海采矿矿物颗粒水利提升的影响.通过对3种涡激振动工况下液固两相流流场计算分析,发现管道的涡激振动会改变颗粒轴向速度分布和颗粒浓度分布.在涡激振动作用下颗粒轴向速度分布发生"波动"现象,颗粒浓度分布发生周期性的变化,局部浓度明显提高.     

工业管道紊流三流区的划分标准

工业管道存在着紊流阻力规律不同的三个流区，但国内外的教材和手册中都只介绍以Ｎｉｋｕｒａｄｓｅ试验为基础的人工均匀粗糙管道的紊流三流区分区标准，把它推广应用于各种管材的工业管道，可能带来偏于不安全的重大误差．本文建议的分区标准，可为各种工业管道正确应用紊流分区阻力公式提供必要的和合理的依据．     

螺旋流光整加工中旋涡流流场的数值模拟研究

运用CFD软件Fluent和Gambit对加有阶梯形套管和锥形套管的等直径工件孔内旋涡液流场进行了数值模拟,模拟结果用流线图、切向速度径向分布图等表示,通过对结果的分析比较得出了结论,为今后螺旋流光整加工的实验研究提供了依据。     

湍流泰勒涡流特性的数值模拟

利用数值解截断误差所形成的小扰动在雷诺应力方程(RSM)的数值迭代过程中的发展,求解具有内筒旋转和固定端面的同轴圆筒环隙间的湍流泰勒涡流;然后在数值模拟出湍流泰勒涡流的基础上,定量分析湍流泰勒涡流的周向速度的波动性及其壁面附近的速度陡降特性、沿半径向外的强射流特性、轴向速度周期分布特性、压力周期波动特性、壁面切应力极化特性和强湍动射流特性;对比前人对湍流泰勒涡流进行实测的结果,数值模拟湍流泰勒的流动特性误差在30%以内。     

节流板孔直径及流量对核级管道流致噪声的影响

建立了核级节流管道的流动-振动-辐射噪声仿真模型,并基于实验和仿真研究了辐射噪声产生的机理及节流孔径和来流流量对振动噪声的影响规律. 节流管道的噪声受节流管道流场中流体尾迹涡的影响:流体在管壁上产生周期性的激振力,且激振力的频率与管道模态所对应的频率相近,从而加剧了振动,导致辐射噪声的产生. 此外,随着节流孔直径的增加,节流管道的振动及辐射噪声逐渐减小;随着来流流量的增加,节流管道振动以及辐射噪声逐渐增大.