水冷壁是电站锅炉使用中主要的受热面，所以是检验检测人员重点的关注部位^[1]。远场涡流检测是一种能穿透金属管壁的低频涡流检测技术，探头通常由激励和检测两个线圈构成。激励线圈通以低频交流电，检测线圈能接收从管壁返回的激励线圈涡流信号，当管壁中出现缺陷时，内壁附近的磁感应强度的大小和相位将发生变化，从而实现金属管的内、外壁缺陷和管壁的薄厚情况的检测^[2]。在管道中与管道同轴放置激励线圈，检测时磁场向管道两端传播过程中产生间接耦合能量，距离激励线圈较远区域的磁场在管壁中激发出周向涡流，磁场能量扩散到管道外并沿管道传播，再次在管壁中激发出涡流，穿越管壁到达检测线圈。远场区的磁场能量由于两次穿越管壁，所以携带了管壁的结构信息，这些信息就成为远场涡流检测方法的依据^[3]。但是，对于绝大部分工况来说，探头都无法直接进入管道内部，这就需要将探头放置于管道外部进行检测^[4]。实际检测结果与内部结构、管壁尺寸及管外环境有关，常常依靠经验判断，故检测精度不高，检测结果常遭受质疑^[5]。因此，对远场涡流效应进行定量的理论分析是十分必要的。有限元分析是认识远场涡流现象的重要工具，本文运用ANSYS软件对水冷壁管道进行外部远场涡流检测有限元理论分析。研究对利用远场涡流检测水冷壁的实际工作有重要的指导意义^[6]，同时有望为研发相关检测装备提供依据。

1有限元分析过程简述

ANSYS作为广泛使用的有限元分析软件，把有限元数值分析与CAD、CAM、CAE技术及图象处理技术结合在一起，不仅可以给出有限元分析的准确结果，而且可以利用其图像来做直观分析。利用ANSYS可进行结构、热、流体、电磁和声学的有限元分析，而且还可进行多物理场耦合计算，允许在同一模型上进行多种物理场之间的耦合转变运算。ANSYS软件的功能主要由相关处理器完成，包括前处理器、求解器、后处理器和辅助处理器。在前处理器中主要完成有限元模型的生成、设定元素属性和指定材料特性值，其中生成有限元模型可以通过连续体建模、直接建模或者从CAD系统中导入实体模型。求解器用于指定有限元模型的边界条件和施加载荷，并进行求解运算，这是有限元分析的主要部分。后处理器的主要功能是读取并以选定的方式输出分析结果，对分析结果进行误差分析，并进行其它方面的运算。用ANSYS进行建模需要经历五个步骤:  

(1)建立模型，并设置模型参数；

(2)根据需要划分网格；

(3)加载激励及边界条件；

(4)求解；

(5)将所得的数据按需要进行后处理，得出需要的结果。

   远场涡流问题仍是涡流场问题，其数学模型，诸如控制方程、能量泛函及形成总体刚度矩阵的步骤和公式均与涡流检测的有限元模型相同。对图1所示的探头放置结构来说，其求解区域为ABCD矩形区域，边界AD、BC和CD远离激励源，通常取距激励源10倍管内径，在AB、BC、CD和DA四条边界上的边界条件均为A=0。