Elastodynamische quasi-geführte Wellen für die laufzeitbasierte Ultraschall-Durchflussmessung

Abstract

Es wird ein nicht-invasives Ultraschall-Durchflussmesssystem untersucht, dessen Rohrwand nicht perforiert ist und das keine Einbauten im Inneren aufweist. Elastische Wellen die in der Rohrwand angeregt werden, interagieren mit dem angrenzenden Fluid und führen zur Ausbildung von quasi-geführten Wellen. Diese stellen sowohl Leckwellen als auch Grenzschichtwellen dar. Die Abstrahlung der Leckwellen wird ausgenutzt, um das Innere des Rohres zu beschallen. Die quasi-geführten Wellen werden im Detail analysiert, insbesondere bezüglich deren Abstrahlverhalten. Hierfür werden hoch zuverlässige und effiziente Berechnungsmethoden entwickelt. Die Ultraschall-Laufzeit durch das Durchflussmessgerät wird systematisch mittels der zuvor genannten Wellen modelliert. Dabei wird der Einfluss des fließenden Mediums sowie der Temperatur explizit in analytischer Form berücksichtigt. Im Vergleich zu konventionellen Ultraschall-Durchflussmessern kann für Geräte basierend auf quasi-geführten Wellen eine deutlich geringere Querempfindlichkeit zur Temperatur festgestellt werden, was auch experimentell bestätigt wird. Die entwickelten analytischen und numerischen Methoden ermöglichen eine systematische Optimierung solcher Geräte hinsichtlich Temperaturverhalten, geometrischer Unsicherheiten, Alterung der Materialien sowie Verkalkung oder auch Bildung anderer Ablagerungen.

Daniel A. Kiefer

Researcher at Institut Langevin

Research in guided elastodynamic waves, fluid-structure interaction, simulation and signal processing for ultrasonic sensors and nondestructive testing.