管道运输在人类生产生活中发挥重大作用,成熟、复杂且庞大的管道系统衍生了大量垢体,将极大降低了生产效率,增加了生产能耗,污染管道内容物。传统的化学阻垢方法和物理除垢方法都有其局限性。化学阻垢方法存在着环境负担大、除垢范围小、成本高。高强度的物理除垢方法可能会对管道内壁造成潜在的损伤,为事故爆发埋下安全隐患。如何有效的去除管道垢体是生产生活亟待解决的问题。课题提出了一种零污染,实时在线的,大范围除垢的创新方法。主要研究激励换能器分布模式下的超声导波对于管道除垢的可行性,相关科研成果在SCI期刊《Clean Technologies and Environmental Policy》(JCR:Q2,IF:2.374)发表。课题组通过对准轴对称模式和非轴对称模式两种激励分布进行多物理场仿真,探究导波在充液管道的传播特性。发现准轴对称模态下导波的位移场和声压场呈现对称均匀特性,为均匀性除垢提供理论基础。为了排除多元无机垢和有机垢、混合垢对除垢实验的影响和遵循唯一变量原则,我们对单元碳酸钙垢体进行镀垢实验,并对镀垢后管道内壁进行扫描电子显微镜(SEM)和能量谱分析(EDS)。通过搭建实验硬件平台,进行了轴对称激励模式分布下的导波系统特征测量和管道除垢实验,并与多物理场仿真进行相互验证。在准轴对称模式激励分布下的超声导波除垢实验中,通过多普勒激光测振仪标定系统共振频率,并与仿真模型相互比较分析得出超声换能器最佳驱动频率。对于除垢效果评估,采用质量分析的宏观方法。通过SEM和EDS对除垢前后的样本点进行微观形态特征和成分分析。基于在本课题实验条件下,得出如下研究结果:仿真模型和实验频率特征相互吻合,实验测量的系统共振频率出现在理论仿真频率32.5KHz和38KHz附近。通过分析除垢率发现,对于lm管道,经过一个小时的除垢时间可有效去除管道垢体,除垢效果明显。根据SEM和EDS的结果,除垢前后管壁内表面形态及关键成分发生截然相反的变化。研究结果表明,基于本课题的实验条件,准轴对称模式下激励分布超声导波可均匀去除管道垢体。通过轴对称超声导波除垢可行性和均匀性进行两方面研究,为后面研究工作铺垫道路。为使其具有更大的实际应用价值,设计可移动式模块化安装超声换能器阵列组和配套的超声换能器功率供给系统是有突出的必要性。