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《南昌航空大学》 2018年
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非均匀网格时域电磁法检测埋地管道腐蚀的数值模拟

代占鑫  
【摘要】:埋地管道作为当下能源必需品的主要运输载体,它的应用领域较为广阔,为人们的日常生活带来了很大的便利。但随之而来的管道安全运行问题也日益突出,因此如何有效提高管道腐蚀检测能力成为重中之重的问题。与其他检测方法相比,时间域电磁法对管体金属量的损失敏感,且可实现非开挖管体快速检测,在埋地管道腐蚀检测方面具有较高的可靠性和高效性。本文采用时域有限差分算法正演管道腐蚀的响应特征信号,为时间域电磁法检测埋地管道提供可靠依据。首先,本课题在差分方程的基础上推导了适用于三维截断空间的非均匀网格技术有限差分算法,并修正系数后应用于数值模拟中。其次,为了保证数值模拟算法的稳定性和数值色散性,合理设置空间采样步长和时间步进,降低截断空间场源传播变向,引入吸收边界条件和地-空边界的上延拓条件,并比较不同吸收条件的优缺点,寻找吸收效果最好的边界条件。最后,根据检测原理,采用非均匀网格算法剖分模型并填充相关属性介质,引入时间域电磁法的扩散方程,并对计算域进行离散。将激励源作为初始条件施加在Yee网格的水平电场棱边,用来模拟发射探头产生随时间扩散的一次场。通过在三维空间切片上成像和瞬态显示磁场与电场的扩散规律,并设置多组埋地管道腐蚀检测影响因素进行数值模拟,分析不同影响因素带来的响应特征信号。本文根据数值模拟结果,设计了有关的试验模型管道,分别预制不同类型的腐蚀特征,采用时间域电磁法检测管道环状凹槽,并提出剩余壁厚计算方式处理数据和识别异常信号,验证试验方案的准确性和检测结果的精确性。将试验结果与数值算法模拟结果比较,从而验证了非均匀网格技术时域有限差分算法的准确性,为时间域电磁法检测埋地管道腐蚀提供依据。结果表明:在晚期信号区间,时间域电磁法可以有效的识别管道金属量的损失,即感应电动势变化趋势与金属损失量成正比;感应电动势幅值随管道内介质的电导率和管径的增大而增大,且变化趋势明显;随着管道埋深增大,感应电动势幅值逐渐减小,且变化趋势明显。这些规律表明采用晚期信号区间的感应电动势识别管体腐蚀的有效性和可靠性较高,在工程应用中具有一定意义。
【学位授予单位】:南昌航空大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:U178

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