超声波探伤中的当量计算 一、 当量计算公式及其应用 论证“距声源三倍近场区以远的声波近似于球面波”的文献很容易查找，恕不赘述。在此仅引用两个关键性的公式，得出计算场当量的一般公式： 0 f A S S f P p λχ= （1） 0A S B p p = （2） 式中：f p ----缺陷的反射声压 B p ----底面反射声压 0P ----换能器起始声压 A S ----压电晶片面积 f S ----缺陷面积 λ----超声波波长 χ----缺陷深度或工件厚度，即反射面与探测面之间的距离 设有两个缺陷： 实际探伤过程中发现的缺陷f f ，其深度为f χ，面积为f S ; 定起始当量的假想平底孔b f ，其深度为b χ，面积为b S ;其声压发 射比值为： 202 22224 22222024S S A f f ff f f f b b b S S A b fb b f f f b b b P P S P S P πφ2λχπφ2λχφχχχχχχφ==?=?=?
若缺陷发射声压比假想平底孔反射声压高β dB ，则 20ff fb P g P l =β 22222020g ff f b fb f b P g P l l φχχφ=? 222220g f b f b l φχχφβ=? 40g f b f b l φχχφβ=? 40 10 f b f b βφχ= ? 40 10 f b f b βχχφ=φ f b jk φ=φ （3） 式中： 40 10j β=称为分贝系数 f b k χχ= 称为深度系数 （3）式为起始当量是b φ，工件厚度（或分层探伤之层深）为b χ时，求深度为f χ，β分贝的场当量计算公式。β＝0时，j ＝10°＝1，（3）式可简化为： f b k φ=φ f b f b χχφ= ?φ （4）
1.水力直径（hydraulic diameter）的引入水力直径是在管内流动（internal pipe flow）中引入的，其目的是为了给非圆管流动取一个合适的特征长度来计算其雷诺数。非圆管由于沿湿周的壁面剪切应力（wall shear stress）不是均匀分布，只能计算其沿湿周的平均值。 两种情况的表达式比较起来，可以很直观的得到一个比拟，即A/P ~ r/2。两边同时乘以4，有4A/P ~ 2r（= D）。这样就将非圆管的4倍截面积除以湿周和圆管的真实直径在水力学意义上等效起来。计算雷诺数时，对圆管显然是取直径做特征长度的，从而4A/P也就可以作为非圆管的特征长度，称之为“水力直径”。显然圆管其本身的真实直径也就是水力直径，从物理意义上即可看出，简单的几何关系也易证。另一个很好的例子是拟无限宽（W >> H）的平行板间流动，其水力直径应近似取2倍的板间距（2H）而不是板间距本身。 2.水力半径（hydraulic radius）的引入与前者看似关联实则使用场合迥异。物理来源是相同的，但是其引入的目的是为明槽流动（open-channel flow）取一个合适的特征长度。最典型的是半圆截面明槽流（或者管内流但是只有下半圆截面积有流体），显然其特征长度取为真实半径r，也即半圆明槽流的水力半径等于真实半径r。简单数学计算可得，对于半圆明槽流，其A/P = r。对于其他形状的明槽流，同样定义A/P为其特征长度，称为“水力半径”。从数学上看，对某一截面形状而言，“水力直径是水力半径的4倍”这个关系是成立的，但是从物理意义上讲这个关系没有意义。我们不会同时计算某一种流动的水力直径和水力半径。对于管内流只用水力直径来表征，而明槽流则只用水力半径来表征。对应于上段的那个例子，假如去掉两平行板中的上面一块，则流动变成拟无限宽明槽流，其特征长度应取水力半径，近似等于水深H而不是原来的2H。 3.所谓的“当量直径（equivalent diameter）”？之所以打个问号，盖因不知其中文的原始出处。不知道是不是哪本国内教材上的提法呢？有混淆概念的嫌疑。按英文的翻译，就是水力直径4个字足矣，用当量直径的提法实无必要也不够准确。相反，如果是从英文equivalent diameter翻译过来的当量直径，则具有不同于以上水力直径的物理意义。其引入是为了便于求非圆截面管的水头损失情况，将其等效于某直径的圆管，而两者具有相同的水头损失。这个概念有助于工程上列表查表算水头损失用，跟为了确定雷诺数而取的特征长度————
第2章工艺计算 2.1设计原始数据 表2—1 2.2管壳式换热器传热设计基本步骤 （1）了解换热流体的物理化学性质和腐蚀性能 （2）由热平衡计算的传热量的大小，并确定第二种换热流体的用量。 （3）确定流体进入的空间 （4）计算流体的定性温度，确定流体的物性数据 （5）计算有效平均温度差，一般先按逆流计算，然后再校核 （6）选取管径和管内流速 （7）计算传热系数，包括管程和壳程的对流传热系数，由于壳程对流传热系数与壳径、管束等结构有关，因此，一般先假定一个壳程传热系数，以计算K，然后再校核 （8）初估传热面积，考虑安全因素和初估性质，常采用实际传热面积为计算传热面积值的1.15~1.25倍 l （9）选取管长 （10）计算管数 N T （11）校核管内流速，确定管程数 （12）画出排管图，确定壳径 D和壳程挡板形式及数量等 i （13）校核壳程对流传热系数 （14）校核平均温度差 （15）校核传热面积 （16）计算流体流动阻力。若阻力超过允许值，则需调整设计。 2.3 确定物性数据 2.3.1定性温度 由《饱和水蒸气表》可知，蒸汽和水在p=7.22MPa、t>295℃情况下为蒸汽，所以在不考虑开工温度、压力不稳定的情况下，壳程物料应为蒸汽，故壳程不存在相变。
对于壳程不存在相变，其定性温度可取流体进出口温度的平均值。其壳程混合气体的平均温度为： t=420295 357.5 2 + =℃（2-1） 管程流体的定性温度： T=310330 320 2 + =℃ 根据定性温度，分别查取壳程和管程流体的有关物性数据。 2.3.2 物性参数 管程水在320℃下的有关物性数据如下：【参考物性数据无机表1.10.1】 表2—2 壳程蒸气在357.5下的物性数据[1]：【锅炉手册饱和水蒸气表】 表2—3 2.4估算传热面积 2.4.1热流量
第8章 工艺热风管道设计计算 热风管道设计计算是水泥厂工艺设计必不可少的组成部分，涉及了水泥生产的各个工段。本章主要内容包括：工况下的热风管道管径计算，管道阻力计算，管网阻力计算，管道重量计算，膨胀节选型计算，管道支座受力计算，收尘设备的保温计算以及不同工况下管道风速，管道壁厚的选取等内容。 8.1热风管道设计计算 8.1.1热风管道管径计算 1．一般地区 对于海拔高度<500m 的一般地区，其计算公式可采用如下公式： v Q D t ?= 2826 (8-1) 式中： D —管道直径，m ； Q t —一般地区工况风量，m 3/h ； v —管道风速，m/s 。 2．高海拔地区 对于海拔高度≥500m 的地区，由于高海拔下的大气压力、温度和气体密度都会降低，系统风量也会有所变化。为了保证系统气体质量、流量与海平面相同，保持主机设备能力不降低，需要对高海拔地区工况风量进行修正。 v Q D Lg 8 .18= (8-2) 式中： D —管道直径，m ； Q Lg —高海拔地区工况风量，m 3/h ，Q Lg =AQ t ，参考第7章风机内容； v —管道风速，m/s 。 8.1.2管道不同状态下的风速 热风管内的风速因输送介质的不同而异。当风速>25m/s 时，阻力大，不经济；风速<5m/s 时，灰尘易沉降堵塞管道。通常按表8-1选取。
8.1.3 为使热风管径符合国际标准及阀门、膨胀节标准要求，风管直径及法兰尺寸建议按表8-2取值。 （1）风管的壁厚 管壁应有合理的厚度，太薄则刚性差，受负压吸力易变形，太厚则浪费钢材不经济。风管壁厚按表8-3取值。
（2）当含有熟料及磨损性强的矿物粉尘，且流速>15m/s 时，风管壁厚应适当加大。 （3）为防止大型风管的刚度变形，在其长度方向每隔2.5m 增加一道加固圈，加固圈可用宽50~80mm ，厚度为5~8mm 的扁钢制作。 （4）风管的法兰规格、螺栓孔径、数量等均应按表中给定尺寸确定。 8.1.5管道阻力计算 1．阻力计算公式 风管系统阻力应为管道的摩擦阻力与局部阻力之和： 02n K 2 )D L (P ?∑+=?ρ νξλ (8-3) 式中： λ—气体与管道间的摩擦阻力系数，清洁空气入值一般为0.02～0.04，对含尘气体管道，当含尘浓度≥50g/m 3时，需校正： 表8-4 校正系数 L ξ—管件及变径点阻力系数，见附录12； v —风管中气体流速，m/s ； ρ—空气密度，kg/m 3，20℃时ρ=1.29； K 0—阻力附加系数，K 0=1.15~1.20； Dn —风管直径，m ；非圆管道一般折算成等速当量直径de 后，按圆形管道方式计算： b a ab de += 2 (8-4) 式中： de —等速当量直径，m ； a ，b —矩形风管的边长，m 。 2．摩擦阻力系数λ计算 管道内摩擦阻力系数λ值与介质流动状态、雷诺数Re 及管壁粗糙度κ等因素有关，对于钢板焊接的管道其摩擦系数λ计算如下： （1） 2 κ)×υ Q ×lg(1.274 1.42= λ (8-5)
第一章 流体流动 【例1-1】 已知硫酸与水的密度分别为1830kg/m 3与998kg/m 3，试求含硫酸为60%（质量）的硫酸水溶液的密度为若干。 解：根据式1-4 998 4.01830 6.01+=m ρ =（3.28+4.01）10-4=7.29×10-4 ρm =1372kg/m 3 【例1-2】 已知干空气的组成为：O 221%、N 278%和Ar1%（均为体积%），试求干空气在压力为9.81×104Pa 及温度为100℃时的密度。 解：首先将摄氏度换算成开尔文 100℃=273+100=373K 再求干空气的平均摩尔质量 M m =32×0.21+28×0.78+39.9×0.01 =28.96kg/m 3 根据式1-3a 气体的平均密度为： 3kg/m 916.0373 314.896.281081.9=???=m ρ 【例1-3 】 本题附图所示的开口容器内盛有油和水。油层高度h 1=0.7m 、密度ρ1=800kg/m 3，水层高度h 2=0.6m 、密度ρ2=1000kg/m 3。 （1）判断下列两关系是否成立，即 p A =p'A p B =p'B （2）计算水在玻璃管内的高度h 。 解：（1）判断题给两关系式是否成立 p A =p'A 的关系成立。因A 与A '两点在静止的连通着的同一流体内，并在同一水平面上。所以截面A-A'称为等压面。 p B =p'B 的关系不能成立。因B 及B '两点虽在静止流体的同一水平面上，但不是连通着的同一种流体，即截面B-B '不是等压面。 （2）计算玻璃管内水的高度h 由上面讨论知，p A =p'A ，而p A =p'A 都可以用流体静力学基本方程式计算，即 p A =p a +ρ1gh 1+ρ2gh 2 p A '=p a +ρ2gh 于是 p a +ρ1gh 1+ρ2gh 2=p a +ρ2gh 简化上式并将已知值代入，得 800×0.7+1000×0.6=1000h 解得 h =1.16m 【例1-4】 如本题附图所示，在异径水平管段两截面（1-1'、2-2’）连一倒置
水力直径水力半径当量直 径 The following text is amended on 12 November 2020.
1. 水力直径（hydraulic diameter）的引入水力直径是在管内流动 （internal pipe flow）中引入的，其目的是为了给非圆管流动取一个合适的特征长度来计算其雷诺数。非圆管由于沿湿周的壁面剪切应力（wall shear stress）不是均匀分布，只能计算其沿湿周的平均值。两种情况的表达式比较起来，可以很直观的得到一个比拟，即A/P ~ r/2。两边同时乘以4，有4A/P ~ 2r（= D）。这样就将非圆管的4倍截面积除以湿周和圆管的真实直径在水力学意义上等效起来。计算雷诺数时，对圆管显然是取直径做特征长度的，从而4A/P也就可以作为非圆管的特征长度，称之为“水力直径”。显然圆管其本身的真实直径也就是水力直径，从物理意义上即可看出，简单的几何关系也易证。另一个很好的例子是拟无限宽（W >> H）的平行板间流动，其水力直径应近似取2倍的板间距（2H）而不是板间距本身。2. 水力半径（hydraulic radius）的引入与前者看似关联实则使用场合迥异。物理来源是相同的，但是其引入的目的是为明槽流动（open-channel flow）取一个合适的特征长度。最典型的是半圆截面明槽流（或者管内流但是只有下半圆截面积有流体），显然其特征长度取为真实半径r，也即半圆明槽流的水力半径等于真实半径r。简单数学计算可得，对于半圆明槽流，其A/P = r。对于其他形状的明槽流，同样定义A/P为其特征长度，称为“水力半径”。从数学上看，对某一截面形状而言，“水力直径是水力半径的4 倍”这个关系是成立的，但是从物理意义上讲这个关系没有意义。我们不会同时计算某一种流动的水力直径和水力半径。对于管内流只用水力直径来表征，而明槽流则只用水力半径来表征。对应于上段的那个例子，假如去掉两平行板中的上面一块，则流动变成拟无限宽明槽流，其特征长度应取水力半径，近似等于水深H而不是原来的2H。3. 所谓的“当量直径（equivalent diameter）”之所以打个问号，盖因不知其中文的原始出处。不知道是不是哪本国内教材上的提法呢有混淆概念的嫌疑。按英文的翻译，就是水力直径4个字足矣，用当量直径的提法实无必要也不够准确。相反，如果是从英文equivalent diameter翻译过来的当量直径，则具有不同于以上水力直径的物理意义。其引入是为了便于求非圆截面管的水头损失情况，将其等效于某直径的圆管，而两者具有相同的水头损失。这个概念有助于工程上列表查表算水头损失用，跟为了确定雷诺数而取的特征长度————水力直径则完全不是一码事。流体力学中另外一种equivalent diameter的定义是针对多相流的，比如固体颗粒，将非规则形状的颗粒等效为具有相同体积的圆球体，则对应的圆球直径就是所谓当量直径。显然这个定义与本讨论无关就是了，呵呵4. 如何区分的建议其一，坚决无视“水力直径”和“水力半径”二者名字的相似以及计算式上的“直观”的倍数关系，而是从物理意义上来区分。对管内流动，我们绝不考虑水力半径；而对明槽流动，也不去算水力直径。虽然从数学上能求出管内流的水力半径和明槽流的水力直径，但都是没有物理意义的东西。其二，无视所谓“当量直径”的提法，只提水力直径和hydraulic diameter。否则写成英文，老外估计是搞不懂的。如前所述，英文中的equavilent diameter 有很多用处和意义，却绝没有等同于hydraulic diameter的意思。
中国检测网https://www.doczj.com/doc/cb14790795.html, 超声波检测II级试题（计算题） 计算题 1.用折射角60°的斜探头探测坡口角为60°的钢板对接焊缝,如下图所示,计算在探头一侧坡口面发现坡口面未熔合缺陷处所有反射波型的反射角(C L=5900m/s,C S=3200m/s)（标准答案从略） 2.用2.5MHz20mm直探头对钢材进行超声波探伤，求此探头的近场区长度和指向角的角度解：设钢中纵波波速5900米/秒，则该探头在钢中波长λ=5.9/2.5=2.36mm，近场区长度N=D2/4λ=202/4*2.36=42.37mm 由指向角θ=arcsin(1.22λ/D)=8.27° 3.用水浸法聚焦探头垂直探伤法检验Φ36x3mm钢管，已知水层距离为15mm时，声束焦点与钢管轴心重合，求有机玻璃声透镜的曲率半径？ 答：有机玻璃声透镜的曲率半径=15.3mm 4.设某合金与钢完全结合，当超声纵波从合金垂直入射到钢时，结合界面的声压反射率是多少？钢底面（与空气接触）的声压反射率是多少？已知合金厚度30毫米，声阻抗24.2x106Kg/m2s，钢板厚度20毫米，声阻抗4 5.6x106Kg/m2s 解：合金-钢界面的声压反射率 r p合金=P合/P0=(Z2-Z1)/(Z2+Z1)=(24.2-45.6)/(24.2+45.6)=-0.303
中国检测网https://www.doczj.com/doc/cb14790795.html, 取-30%，负号表示入射声波与反射声波相位差180°（相位相反） 合金-钢界面的声压透射率t p =2Z 2/(Z 2+Z 1)=2x45.6/(24.2+45.6)=1.3 钢底面声压反射率r p 钢=P 钢/P t =[(Z 气-Z 钢)/(Z 气+Z 钢)][(Z 2+Z 1)/2Z 2]=0.765=76.5% 5.如下图所示，探头为tgβ=2，用仪器与钢试块比较，测得探头中S=10mm ，计算探头中a 和b 的长度。 解：因为仪器中测得的S 值是相当于钢中的S 值，所以要将S 钢换算成S 有机玻璃,即: S 有机玻璃/C L 有机玻璃=S 钢/C S 钢，S 有机玻璃=S 钢·C L 有机玻璃/C S 钢=10x2.7/3.2=8.4 另外tgβ=2，β=63.4°，sinα=C L 有机玻璃·sinβ/C S 钢=2.7·sin63.4°/3.2=0.754，α=48.97°，因此：a=cosα·S 有机玻璃=cos48.97°·8.4=5.5mm b=sinα·S 有机玻璃=sin48.97°·8.4=6.3mm 答：a=5.5mm ，b=6.3mm 6.用有机玻璃做球面声透镜的聚焦探头,若探头直径为Φ20mm ，水中焦距f=100mm ，求声透镜的球面半径r 值。 解：已知C 有=2700米/秒，C 水=1450米/秒，f=100mm ，由f=r[C 1/(C 1-C 2)]，可求得r=46.5mm 7.用直径24mm ，频率2MHz 的直探头检查外径500mm ，内径100mm 的钢制锻件，要求缺陷波高F 与内孔底波高度B 的比值在5%以上（包括5%）的缺陷回波都应记录，求所用的探伤灵敏度（以平底孔当量表示）是多少？如果该锻件的材质衰减（双声程）为0.02dB/mm ，在150mm 处发现一个回波高度为18dB 的缺陷，求缺陷当量？（答案从略） 8.在前沿长度为10毫米，tgβ分别为1、2、2.5的三种斜探头中，哪个适合用于上宽度24mm ，下宽度22mm ，上加强高5mm ，下加强高3mm ，板厚25mm 的平钢板对接焊缝检测？并求出所需要的探头扫查范围，若在声程120mm 处（已扣除斜楔声程）发现一个缺陷，求缺陷的水平及深度位置。
计算题 1.长为500mm、直径为20mm的钢制轴类试件需要检查周向缺陷，若选用连续螺线圈纵向磁化法，线圈匝数为10匝，则应选用多大的磁化电流？解：∵工件长径比L/D=500/20=25，∴L/D=15,采用在低充填因数线圈中偏心放置纵向磁化，依经验公式NI=45000/(L/D)可有I=45000/[N(L/D)]将N=10、L/D=15代入上式，可得I=300A 2.有一长为200mm、直径为20mm的钢制轴类试件需检查周向缺陷。若选用连续法线圈纵向磁化，则应施加多大的磁化电流？ 解：∵工件长径比L/D=200/20=10，∴不需要作修正。采用在低充填因数线圈中心偏心放置纵向磁化，依经验公式 NI=45000/(L/D)可有I=45000/[N(L/D)],∴将N=10、L/D=10代入上式，可得I=450A 3.钢制轴类试件长径比为25，正中放置在匝数为10的低充填因数线圈中检查周向缺陷。线圈半径为R=150mm，需选用多大的磁化电流？ 解：选用经验公式NI=(K2R)/[6(L/D)－5] 由上式可有I=(K2R)/N[6(L/D)-5]，∵L/D=25＞15，∴取L/D=15，将K2=1720(经验常数)，R=150mm，N=10，L/D=15代入上式，可得 I=303.5A 答：磁化电流应为303.5A；两次完成全检 4.已知开端线圈的内半径R=150mm、宽度为L=50mm。若要求在线圈轴线端部产生磁化磁场强度H端=60（Oe），试求磁化线圈的安匝数NI为多少？解：有限长线圈轴线端部的磁场强度为H=(NI/L)·[L/5(L2+R2)1/2] 由上式可得 NI=2H(L2+R2)1/2 R=0.15m L=0.05m H=2400A/m 将已知数据代入上式可得NI=1510安匝5.钢制轴类试件长径比为10，正中放置在匝数为10的低充填因数线圈中检查周向缺陷。线圈半径R=150mm，应选用多大的磁化电流？解：选用经验公式NI=K2R/[6(L/D)-5] 由上式可有：I=K2R/{N[6(L/D)-5]},将K2=1720（经验常数）、R=150mm、N=10、L/D=10代入上式，可得I=469A 6.有一钢制轴，长400mm、直径Φ40mm，使用一段时间后，需检查此轴的疲劳裂纹。选用连续法线圈纵向磁化法，线圈匝数为20匝。求磁化电流为多少？解：∵工件长径比 L/D=400/40=10，∴不需要作修正。在低充填因数线圈中偏心放置，依经验公式 NI=45000/(L/D)，可有I=45000/N(L/D),将N=20、L/D=10代入上式，可得I=225A 7.一截面为50×50mm2的方钢棒，若采用直接通电法，使在其表面的磁化磁场强度 H=8000A/m，求所施加的磁化电流？ 解：方钢的当量直径为D=2(α+b)/π=2x(50+50)/3.14=64mm=0.64m 由H=πD 可有 I=πDH=3.14x0.064x8000=1608A 8.已知工件的直径D=50mm，若采用通电法使其表面的磁化磁场强度为2400安/米，则应施加多大的磁化电流？ 解：工件半径r=D/2=25mm=0.025m 由公式：H=I/2πr 可有 I=2πrH=2x3.14x0.025x2400=377A 9.若在半径为25mm的导体上施加375安培的电流，则导体表面的磁化磁场为多少安米？解：工件半径r=25mm=0.025m 由公式：H=I/2πr 可得 H=375/(2x3.14x0.025)=2387.3A/m
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1.用折射角60°的斜探头探测坡口角为60°的钢板对接焊缝,如下图所示,计算在探头一侧坡口面发现坡口面未熔合缺陷处所有反射波型的反射角(C L=5900m/s,C S=3200m/s)（标准答案从略） 2.用2.5MHz20mm直探头对钢材进行超声波探伤，求此探头的近场区长度和指向角的角度 解：设钢中纵波波速5900米/秒，则该探头在钢中波长λ=5.9/2.5=2.36mm，近场区长度N=D2/4λ=202/4*2.36=42.37mm 由指向角θ=arcsin(1.22λ/D)=8.27° 3.用水浸法聚焦探头垂直探伤法检验Φ36x3mm钢管，已知水层距离为15mm时，声束焦点与钢管轴心重合，求有机玻璃声透镜的曲率半径？ 答：有机玻璃声透镜的曲率半径=15.3mm 金属探伤仪十大品牌及厂家，沧州欧谱 4.设某合金与钢完全结合，当超声纵波从合金垂直入射到钢时，结合界面的声压反射率是多少？钢底面（与空气接触）的声压反射率是多少？已知合金厚度30毫米，声阻抗 24.2x106Kg/m2s，钢板厚度20毫米，声阻抗45.6x106Kg/m2s 解：合金-钢界面的声压反射率 r p合金=P合/P0=(Z2-Z1)/(Z2+Z1)=(24.2-45.6)/(24.2+45.6)=-0.303 取-30%，负号表示入射声波与反射声波相位差180°（相位相反） 合金-钢界面的声压透射率t p=2Z2/(Z2+Z1)=2x45.6/(24.2+45.6)=1.3 钢底面声压反射率r p钢=P钢/P t=[(Z气-Z钢)/(Z气+Z钢)][(Z2+Z1)/2Z2]=0.765=76.5% 附着力测试仪十大品牌及厂家，沧州欧谱 5.如下图所示，探头为tgβ=2，用仪器与钢试块比较，测得探头中S=10mm，计算探头中a和b的长度。 解：因为仪器中测得的S值是相当于钢中的S值，所以要将S钢换算成S有机玻璃,即: S有机玻璃/C L有机玻璃=S钢/C S钢，S有机玻璃=S钢·C L有机玻璃/C S钢=10x2.7/3.2=8.4 另外tgβ=2，β=63.4°，sinα=C L有机玻璃·sinβ/C S钢=2.7·sin63.4°/3.2=0.754，α=48.97°，因此：a=cosα·S有机玻璃=cos48.97°·8.4=5.5mm b=sinα·S有机玻璃=sin48.97°·8.4=6.3mm 答：a=5.5mm，b=6.3mm 6.用有机玻璃做球面声透镜的聚焦探头,若探头直径为Φ20mm，水中焦距f=100mm，求声透镜的球面半径r值。解：已知C有=2700米/秒，C水=1450米/秒，f=100mm，由f=r[C1/(C1-C2)]，可求得r=46.5mm
超声波探伤中的心算法 一、常用数值 记住了以下常用对数值，就可以不用图表，不用计算器进行近似计算，其精度满足探伤要求。其中基本的数值有9个，标准数值有8个： 基本数值 40lg2=12db 40lg3=19db 40lg4=24db 40lg5=28db 40lg6=31db 40lg7=33.7db 40lg8=36db 40lg9=38.1db 40lg10=40db 标准数值 40lg3 =7db 2 =5db 40lg4 3 =4db 40lg5 4 40lg6 =3db 5 =2.7db 40lg7 6
40lg 87=2.3db 40lg 9 8=2.1db 40lg 10 9 =1.9db 上述数值可以归纳成40lgj=β与j=1040 β 的统一表达式。知道了j （其数值）即可求出β（对数值），反之亦然。 二、 计算场当量之公式及其应用 论证“距声源三倍近场区以远的声波近似于球面波”的文献很容易查找，恕不赘述。在此仅引用两个关键性的公式，得出计算场当量的一般公式： 2 f A S S f P p 2λχ= （1） 02A S B p p λχ= （2） 式中：f p ----缺陷的反射声压 B p ----底面反射声压 0P ----换能器起始声压 A S ----压电晶片面积 f S ----缺陷面积 λ----超声波波长 χ----缺陷深度或工件厚度，即反射面与探测面之间的距离 设有两个缺陷： 实际探伤过程中发现的缺陷f f ，其深度为f χ，面积为f S ;
定起始当量的假想平底孔b f ，其深度为b χ，面积为b S ;其声压发射比值为： 202 22224 22222024S S A f f ff f f f b b b S S A b fb b f f f b b b P P S P S P πφ2λχπφ2λχφχχχχχχφ==?=?=? 若缺陷发射声压比假想平底孔反射声压高β dB ，则 20ff fb P g P l =β 22222020g ff f b fb f b P g P l l φχχφ=? 222220g f b f b l φχχφβ=? 40g f b f b l φχβ=? 40 10 f b f b βφχ= ? 40 10 f b f b βχφ=φ f b jk φ=φ （3） 式中： 40 10j β=称为分贝系数 f b k χχ= 称为深度系数 （3）式为起始当量是b φ，工件厚度（或分层探伤之层深）为b χ时，
刚度校核 l.轴的弯曲刚度校核计算 2.轴的扭转刚度校校计算 l.轴的弯曲刚度校核计算 常见的轴大多可视为简文梁。若是光轴，可直接用材料力学中的公式计算其挠度或偏转角；若是阶梯轴，如果对计算精容要求不高，则可用当量直径法作近似计算。把阶梯轴看成是当量直径为dv的光轴，然后再按材料力学中的公式计算。当量直径为 ——阶梯轴第i段的长度，mm； 式中：l i ——阶梯轴第i段的直径，mm； d i L——阶梯轴的计算长度；m。； Z——阶梯轴计算长度内的轴段数。 当载荷作用干两支承之间时，L=l（l为支承跨距）；当载荷作用于悬臂端时，L=l+K（K为轴的悬臂长度）。 轴的弯曲刚度条件为： 挠度 偏转角 式中：[y]——轴的允许挠度，mm，见表15-5； [θ]——轴的允许偏转角，rad,见表15-5。
表15-5 轴的允许挠度及允许偏转角 2．轴的扭转刚度校校计算 轴的扭转变形用每米长的扭转角p来表示。圆轴扭转角P的计算公式为：光轴 阶梯轴 式中：T——轴所受的扭矩，N·mm； G——轴的材料的剪切弹性模量，MPa,对于钢材，G=8.1*104MPa； I p ——轴截面的极惯性矩，mm4,对于圆轴，I p = d4/32 L——阶梯轴受扭矩作用的长度，mm； T i 、l i 、I pi ——分别代表阶梯轴第i段上所受的扭矩、长度和极惯性矩， 单位同前； z——阶梯轴受扭矩作用的轴段数。 轴的扭转刚度条件为
?≤[?] ( °)/m 式中[?] 为轴每米长的允许扭转角，与轴的使用场合有关。对于一般传动轴，可取[?]=0.5-1( °)/m；对于精密传动轴，可取[?]=0.25-0.5( °)/m；对于精度要求不高的轴，[?]可大于1( °)/m。 表15-4 抗弯，抗扭截面系数计算公式 注：近似计算时，单，双键槽一般可忽略，花键轴截面可视为直径等于平均直径的圆截面。
? 1. 水力直径（hydraulic diameter）的引入水力直径是在管内流动（internal pipe flow）中引入的，其目的是为了给非圆管流动取一个合适的特征长度来计算其雷诺数。非圆管由于沿湿周的壁面剪切应力（wall shear stress）不是均匀分布，只能计算其沿湿周的平均值。两种情况的表达式比较起来，可以很直观的得到一个比拟，即A/P ~ r/2。两边同时乘以4，有4A/P ~ 2r（= D）。这样就将非圆管的4倍截面积除以湿周和圆管的真实直径在水力学意义上等效起来。计算雷诺数时，对圆管显然是取直径做特征长度的，从而4A/P也就可以作为非圆管的特征长度，称之为“水力直径”。显然圆管其本身的真实直径也就是水力直径，从物理意义上即可看出，简单的几何关系也易证。另一个很好的例子是拟无限宽（W >> H）的平行板间流动，其水力直径应近似取2倍的板间距（2H）而不是板间距本身。 2. 水力半径（hydraulic radius）的引入与前者看似关联实则使用场合迥异。物理来源是相同的，但是其引入的目的是为明槽流动（open-channel flow）取一个合适的特征长度。最典型的是半圆截面明槽流（或者管内流但是只有下半圆截面积有流体），显然其特征长度取为真实半径r，也即半圆明槽流的水力半径等于真实半径r。简单数学计算可得，对于半圆明槽流，其A/P = r。对于其他形状的明槽流，同样定义A/P为其特征长度，称为“水力半径”。从数学上看，对某一截面形状而言，“水力直径是水力半径的4 倍”这个关系是成立的，但是从物理意义上讲这个关系没有意义。我们不会同时计算某一种流动的水力直径和水力半径。对于管内流只用水力直径来表征，而明槽流则只用水力半径来表征。对应于上段的那个例子，假如去掉两平行板中的上面一块，则流动变成拟无限宽明槽流，其特征长度应取水力半径，近似等于水深H而不是原来的2H。 3. 所谓的“当量直径（equivalent diameter）”？之所以打个问号，盖因不知其中文的原始出处。不知道是不是哪本国内教材上的提法呢？有混淆概念的嫌疑。按英文的翻译，就是水力直径4个字足矣，用当量直径的提法实无必要也不够准确。相反，如果是从英文equivalent diameter翻译过来的当量直径，则具有不同于以上水力直径的物理意义。其引入是为了便于求非圆截面管的水头损失情况，将其等效于某直径的圆管，而两者具有相同的水头损失。这个概念有助于工程上列表查表算水头损失用，跟为了确定雷诺数而取的特征长度————水力直径则完全不是一码事。流体力学中另外一种equivalent diameter的定义是针对多相流的，比如固体颗粒，将非规则形状的颗粒等效为具有相同体积的圆球体，则对应的圆球直径就是所谓当量直径。显然这个定义与本讨论无关就是了，呵呵 4. 如何区分的建议其一，坚决无视“水力直径”和“水力半径”二者名字的相似以及计算式上的“直观”的倍数关系，而是从物理意义上来区分。对管内流动，我们绝不考虑水力半径；而对明槽流动，也不去算水力直径。虽然从数学上能求出管内流的水力半径和明槽流的水力直径，但都是没有物理意义的东西。其二，无视所谓“当量直径”的提法，只提水力直径和hydraulic diameter。否则写成英文，老外估计是搞不懂的。如前所述，英文中的equavilent diameter 有很多用处和意义，却绝没有等同于hydraulic diameter的意思。
平底孔回波声压：68 .822 2x f s o f e x F F p p αλ-= 长横孔回波声压：68 .82022x f s f e x D x F p p αλ-= 短横孔回波声压：68 .8202x f s f e x l x F p p αλ-= 球孔回波声压：f p =68 .8204x f s e x D x F p αλ- 大平底与实心圆柱体回波声压：68.8202x s B e x F p p αλ-= 空心圆柱体外圆探伤回波声压：68.8202x s B e D d x F p p αλ-= 空心圆柱体内孔探伤回波声压：68.8202x s B e d D x F p p αλ-= 焦距F 与声透镜的曲率半径r 之间关系F 1 211-=-= n nr c c r c n —透镜与耦合介质波速比，n=c 1/c 2；对于有机玻璃和水，n=2730/1480=1.84，这时F=2.2r 聚焦探头探伤工件时，实际焦距会变小，()123' --=c c L F F ；c 3—工件中波速 这时水层厚度为H=23c c L F -；L —工件中焦点至工件表面的距离；c 2—耦合剂中波速 不同距离处的大平底与平底孔回波分贝差()B f B f f f B Bf x x x D x p p -+==?απλ22lg 20lg 202 2 Bf ?—底波与缺陷波的dB 差；f x —缺陷至探测面的距离；B x —底面至探测面的距离； f D —缺陷的当量平底孔直径；λ—波长；α—材质衰减系数（单程） 不同平底孔回波分贝差()121 2212 1122lg 40lg 20x x x D x D p p f f f f -+==?α 12?—平底孔1、2的dB 差；1f D 、2f D —平底孔1、2的当量直径；x 1、x 2—平底孔1、2 的距离 在无限大的固体介质中，纵波声速：()() σσσ ρ 2111-+ -= E C L
初、中级无损检测技术资格人员-磁粉检验考题汇编 计算题 1.长为500mm、直径为20mm的钢制轴类试件需要检查周向缺陷，若选用连续螺线圈纵向磁化法，线圈匝数为10匝，则应选用多大的磁化电流？解：∵工件长径比 L/D=500/20=25，∴L/D=15,采用在低充填因数线圈中偏心放置纵向磁化，依经验公式NI=45000/(L/D)可有I=45000/[N(L/D)]将N=10、L/D=15代入上式，可得I=300A 2.有一长为200mm、直径为20mm的钢制轴类试件需检查周向缺陷。若选用连续法线圈纵向磁化，则应施加多大的磁化电流？ 解：∵工件a I=45000/[N(L/D)],∴将N=10、L/D=10代入上式，可得I=450A 3.钢制轴类试件长径比为25，正中放置在匝数为10的低充填因数线圈中检查周向缺陷。线圈半径为R=150mm，需选用多大的磁化电流？ 解：选用经验公式NI=(K2R)/[6(L/D)－5] 由上式可有I=(K2R)/N[6(L/D)-5]，∵L/D=25＞15，∴取L/D=15，将K2=1720(经验常数)，R=150mm，N=10，L/D=15代入上式，可得I=303.5A 答：磁化电流应为303.5A；两次完成全检 4.已知开端线圈的内半径R=150mm、宽度为L=50mm。若要求在线圈轴线端部产生磁化磁场强度H端=60（Oe），试求磁化线圈的安匝数NI为多少？解：有限长线圈轴线端部的磁场强度为H=(NI/L)·[L/5(L2+R2)1/2] 由上式可得 NI=2H(L2+R2)1/2 R=0.15m L=0.05m H=2400A/m 将已知数据代入上式可得NI=1510安匝 5.钢制轴类试件长径比为10，正中放置在匝数为10的低充填因数线圈中检查周向缺陷。线圈半径R=150mm，应选用多大的磁化电流？解：选用经验公式NI=K2R/[6(L/D)-5] 由上式可有：I=K2R/{N[6(L/D)-5]},将K2=1720（经验常数）、R=150mm、N=10、L/D=10代入上式，可得I=469A 6.有一钢制轴，长400mm、直径Φ40mm，使用一段时间后，需检查此轴的疲劳裂纹。选用连续法线圈纵向磁化法，线圈匝数为20匝。求磁化电流为多少？解：∵工件长径比L/D=400/40=10，∴不需要作修正。在低充填因数线圈中偏心放置，依经验公式NI=45000/(L/D)，可有I=45000/N(L/D),将N=20、L/D=10代入上式，可得I=225A 7.一截面为50×50mm2的方钢棒，若采用直接通电法，使在其表面的磁化磁场强度H=8000A/m，求所施加的磁化电流？ 解：方钢的当量直径为D=2(α+b)/π=2x(50+50)/3.14=64mm=0.64m 由H=πD 可有I=πDH=3.14x0.064x8000=1608A 8.已知工件的直径D=50mm，若采用通电法使其表面的磁化磁场强度为2400安/米，则应施加多大的磁化电流？ 解：工件半径r=D/2=25mm=0.025m 由公式：H=I/2πr 可有I=2πrH=2x3.14x0.025x2400=377A
1. 水力直径（hydraulic diameter）的引入水力直径是在管内流动（internal pipe flow）中引入的，其目的是为了给非圆管流动取一个合适的特征长度来计算其雷诺数。非圆管由于沿湿周的壁面剪切应力（wall shear stress）不是均匀分布，只能计算其沿湿周的平均值。两种情况的表达式比较起来，可以很直观的得到一个比拟，即A/P ~ r/2。两边同时乘以4，有4A/P ~ 2r（= D）。这样就将非圆管的4倍截面积除以湿周和圆管的真实直径在水力学意义上等效起来。计算雷诺数时，对圆管显然是取直径做特征长度的，从而4A/P也就可以作为非圆管的特征长度，称之为“水力直径”。显然圆管其本身的真实直径也就是水力直径，从物理意义上即可看出，简单的几何关系也易证。另一个很好的例子是拟无限宽（W >> H）的平行板间流动，其水力直径应近似取2倍的板间距（2H）而不是板间距本身。 2. 水力半径（hydraulic radius）的引入与前者看似关联实则使用场合迥异。物理来源是相同的，但是其引入的目的是为明槽流动（open-channel flow）取一个合适的特征长度。最典型的是半圆截面明槽流（或者管内流但是只有下半圆截面积有流体），显然其特征长度取为真实半径r，也即半圆明槽流的水力半径等于真实半径r。简单数学计算可得，对于半圆明槽流，其A/P = r。对于其他形状的明槽流，同样定义A/P为其特征长度，称为“水力半径”。从数学上看，对某一截面形状而言，“水力直径是水力半径的4 倍”这个关系是成立的，但是从物理意义上讲这个关系没有意义。我们不会同时计算某一种流动的水力直径和水力半径。对于管内流只用水力直径来表征，而明槽流则只用水力半径来表征。对应于上段的那个例子，假如去掉两平行板中的上面一块，则流动变成拟无限宽明槽流，其特征长度应取水力半径，近似等于水深H而不是原来的2H。 3. 所谓的“当量直径（equivalent diameter）”？之所以打个问号，盖因不知其中文的原始出处。不知道是不是哪本国内教材上的提法呢？有混淆概念的嫌疑。按英文的翻译，就是水力直径4个字足矣，用当量直径的提法实无必要也不够准确。相反，如果是从英文equivalent diameter翻译过来的当量直径，则具有不同于以上水力直径的物理意义。其引入是为了便于求非圆截面管的水头损失情况，将其等效于某直径的圆管，而两者具有相同的水头损失。这个概念有助于工程上列表查表算水头损失用，跟为了确定雷诺数而取的特征长度————水力直径则完全不是一码事。流体力学中另外一种equivalent diameter的定义是针对多相流的，比如固体颗粒，将非规则形状的颗粒等效为具有相同体积的圆球体，则对应的圆球直径就是所谓当量直径。显然这个定义与本讨论无关就是了，呵呵 4. 如何区分的建议其一，坚决无视“水力直径”和“水力半径”二者名字的相似以及计算式上的“直观”的倍数关系，而是从物理意义上来区分。对管内流动，我们绝不考虑水力半径；而对明槽流动，也不去算水力直径。虽然从数学上能求出管内流的水力半径和明槽流的水力直径，但都是没有物理意义的东西。其二，无视所谓“当量直径”的提法，只提水力直径和hydraulic diameter。否则写成英文，老外估计是搞不懂的。如前所述，英文中的equavilent diameter 有很多用处和意义，却绝没有等同于hydraulic diameter的意思。
换热器计算步骤..
第2章工艺计算 2.1设计原始数据 2.2 管壳式换热器传热设计基本步骤 （1）了解换热流体的物理化学性质和腐蚀性能 （2）由热平衡计算的传热量的大小，并确定第二种换热流体的用量。 （3）确定流体进入的空间 （4）计算流体的定性温度，确定流体的物性数据 （5）计算有效平均温度差，一般先按逆流计算，然后再校核 （6）选取管径和管内流速 （7）计算传热系数，包括管程和壳程的对流传热系数，由于壳程对流传热系数与壳径、管束等结构有关，因此，一般先假定一个壳程传热系数，以计算K，然后再校核 （8）初估传热面积，考虑安全因素和初估性质，常采用实际传热面积为计算传热面积值的1.15~1.25倍 l （9）选取管长 （10）计算管数 N T （11）校核管内流速，确定管程数 （12）画出排管图，确定壳径 D和壳程挡板形式及数量等 i （13）校核壳程对流传热系数 （14）校核平均温度差 （15）校核传热面积
（16）计算流体流动阻力。若阻力超过允许值，则需调整设计。 2.3 确定物性数据 2.3.1定性温度 由《饱和水蒸气表》可知，蒸汽和水在p=7.22MPa、t>295℃情况下为蒸汽，所以在不考虑开工温度、压力不稳定的情况下，壳程物料应为蒸汽，故壳程不存在相变。 对于壳程不存在相变，其定性温度可取流体进出口温度的平均值。其壳程混合气体的平均温度为： t=420295 357.5 2 + =℃（2-1） 管程流体的定性温度： T=310330 320 2 + =℃ 根据定性温度，分别查取壳程和管程流体的有关物性数据。 2.3.2 物性参数 管程水在320℃下的有关物性数据如下：【参考物性数据无机表1.10.1】 表2—2 密度ρ i- =709.7 ㎏/m3 定压比热容c pi =5.495 kJ/㎏.K 热导率λ i =0.5507 W/m.℃ 粘度μ i =85.49μPa.s 普朗特数Pr=0.853