针对夹持式流量计的高频三维波传播的半解析方法
流体动力学
2025-09-03 v1 数值分析
数值分析
摘要
在采用超声波的应用中，对高频波的传播进行分析至关重要，例如夹持式超声流量计。然而，由于巨大的计算成本，利用诸如有限元分析（FEA）等标准工具对夹持式流量计进行 3D 瞬态分析极具挑战性。在本研究中，我们将夹持式流量计分为不同的域并分别进行分析。通过 FEA 在低频（100 kHz、200 kHz 和 500 kHz）以及射线追迹法在高频（1 MHz）下对流体域的波传播进行分析。固体域（楔形块和管壁）的行为通过几何投影进行解析表征。所有这些单独的分析为我们提供了不同尺度因子，用于刻画在考虑 3D 效应时各域中波的尺度。随后，采用离散 Galerkin（DG）方法对完整的夹持式系统进行 2D 分析，以获得接收器的响应。接收信号随后使用前述尺度因子进行比例缩放，以准确捕捉夹持式系统在 3D 中的波传播行为。2D 分析的输出信号因此变得清晰，可直接识别流体信号，这在没有这种方法时几乎不可能实现。
关键词
引用
@article{arxiv.2509.00020,
title = {A semi-analytical approach to characterize high-frequency three-dimensional wave propagation through clamp-on flowmeters},
author = {Sabiju Valiya Valappil and Alejandro M. Aragon and Johannes F. L. Goosen},
journal= {arXiv preprint arXiv:2509.00020},
year = {2025}
}