高温结构内部温度场和厚度的超声同步测量方法研究

高温结构内部温度及其厚度的预测在航空航天、石油化工等领域具有十分重要的作用和意义,譬如高温管道由于流体长时间冲刷带来的管壁减薄等问题需要对管壁结构内部温度和厚度变化进行同时在线监测。首先建立了基于超声脉冲回波法的同时测温测厚理论模型,根据热-声-固耦合理论,采用共轭梯度法反演热流和最速下降法反演厚度相结合的交替迭代辨识方法实现瞬态传热条件下固体结构内部温度场和厚度的同步测量。另外,基于20钢的瞬态传热试验,对交替迭代反演方法的有效性和准确性进行试验验证和分析,并系统分析了物性参数、采样点数、边界温度和声时精度对重建方法的影响。研究结果表明,基于超声渡越声时的交替迭代方法反演得到的结构厚度符合物理实际,重建得到的结构内部瞬态温度分布精度较高且实时性好,有利于促进高温环境下超声同步测温测厚技术的发展,具有重要的工程应用价值。

稳态传热条件下的结构温度场和厚度同时测量方法研究

同时预测结构内部温度场和厚度对定量化评估油气管道等高温石化设备的安全可靠性有重要意义。采用增大初始时间和时间步,建立稳态传热条件下基于热/声耦合分析的超声同时测厚测温模型。采用超声回波法和热传导反问题分析方法相结合,将结构内部温度场的预测转化为等效热边界条件的反演和热传导正问题的计算问题,发展一种同时测量结构厚度和内部温度场的方法。研究表面,不仅避免了参数识别中输入信息不足带来的矩阵奇异问题,而且反映了波传播路径上由于温度不同所带来的声时累积特性,可有效提升稳态传热条件下超声同时测温测厚的准确性。试验验证可行性和可靠性,不同采样点数、热边界条件和试件厚度等算例分析也表明了该方法有很好的抗噪性。