Page 39 - 无损检测2022年第五期

郭 猛,等:
相控阵超声检测用喷水耦合喷嘴的优化设计

增加加工难度。在进行曲线近似线段划分时, 要在
消除掉曲线上较为明显的弯曲形态特征点的基础上
尽量减少分段。综合考虑后设置曲线的近似折线线
段为 4 段, 绘制维多辛斯基曲线的近似折线结果如
图 9 所示。

图 11 四段式喷嘴速度流场分布
图 9 维多辛斯基曲线的近似折线 内流道的轮廓曲线是影响射流的重要因素。
文章根据道格拉斯 - 普克算法实现维多辛斯基 ( 2 )对比 4 种喷嘴射流的仿真结果可知, 以维

曲线的近似分段, 在维多辛斯基曲线喷嘴的基础上 多辛斯基曲线作为引导线设计的喷嘴, 其射流水柱
设计了一种四段式喷嘴。由于喷嘴的出口 为长方 质量较高, 耗散率低。
形, 在x y 平面上的曲线与xz 平面上的曲线并不相 ( 3 )维多辛斯基曲线喷嘴加工较为困难, 在维

同, 得出的近似线段的节点也并不相同, 无法同时作 多辛斯基曲线喷嘴的基础上, 根据道格拉斯 - 普克算
为放样引导线。分析可知 xz 平面上维多辛斯基曲 法设计了一种四段式喷嘴, 使其在降低加工难度的
线坡度变化较小, 对喷嘴射流的影响较小, 在设计时 同时还能保持较好的射流情况, 该喷嘴适用于相控
可仅在坡度变化较大的 x y 平面上采用道格拉斯 - 阵超声检测系统的喷水耦合。
普克近似线段进行引导。设计出的四段式喷嘴外形
如图 10 所示。 参考文献:

[ 1 ] 姚钢, 杨浩猛, 周荔丹, 等 . 大容量海上风电机组发展
现状及关键技术[ J ] . 电力系统自动化, 2021 , 45 ( 21 ):

33-47.
[ 2 ] 王晓宁, 刘沛 . 玻璃纤维结构风电叶片的超声相控阵
检测方法研究[ J ] . 无损探伤, 2014 , 38 ( 5 ): 8-13.
[ 3 ] 石一飞 . 风电叶片玻璃纤维复合材料相控阵超声检测
[ J ] . 无损检测, 2018 , 40 ( 11 ): 56-58.

[ 4 ] ZHANG N N , BIAN W T , PANBB.Thea pp lication
图 10 四段式喷嘴外形
ofultrasonicp hasedarra y technolo gy inwindturbine
4.2 四段式喷嘴的仿真验证 bladedefectdetection s y stem [ J ] .IOP Conference

该四段式喷嘴除过渡段轮廓外, 其他参数与上 Series : Earthand EnvironmentalScience , 2021 , 675

述 4 种喷嘴均相同。对该四段式喷嘴进行仿 真分 ( 1 ): 012077.
析, 得到其流速场分布如图 11 所示。 [ 5 ] 王柄方, 韩赞东, 原可义, 等 . 复合材料喷水超 声 检 测
由图 11 中的仿真分析可知, 依据道格拉斯 - 普 工艺[ J ] . 无损检测, 2010 , 32 ( 8 ): 616-619 , 630.
[ 6 ] 蔡毅, 苏 国 兵 . 高 压 水 射 流 喷 嘴 设 计 及 有 限 元 分 析
克算法近似设计的四段式喷嘴射流速度分布均匀,
[ J ] . 机械设计与研究, 2017 , 33 ( 6 ): 163-167 , 171.
流束集中, 水流能够完全覆盖对应检测的工件区域,
[ 7 ] VONBERNUSL , BULAVINOV A , DALICHOW
且与维多辛斯基曲线喷嘴的射流仿真分析对比, 也
M , etal.Sam p lin gp hasedarra yanewtechni q uefor
未发现有明显的射流发散现象。
si g nal p rocessin gandultrasonicima g in g [ J ] .Insi g ht-

5 结语 Non-Destructive Testin gand Condition Monitorin g ,
2006 , 48 ( 9 ): 545-549.
( 1 )喷水耦合式相控阵超声检测系统耦合水柱 [ 8 ] 付汝龙, 陈建华, 林丹源, 等 . 复合材料的相控 阵 超 声

的 状况能够直接影响到超声检测信号的传递, 喷嘴 C 扫描成像检测[ J ] . 无损检测, 2015 , 37 ( 5 ): 38-41.
5
2022 年 第 44 卷 第 5 期
无损检测