基于近似熵的往复压缩机气阀故障复杂性测度分析

针对往复压缩机气阀故障诊断及特征样本提取存在困难,结合近似熵在度量时间序列复杂性方面具有的优势及缺陷,提出适于近似熵分析的分阶段数据划分方法,将其用于分析往复压缩机气阀振动信号与气缸压力信号。结果表明,分阶段的气缸压力信号的近似熵比整体样本数据及气阀振动信号更具一致性,并且具有明显的分类效果,能够有效识别气阀故障状态。     

多尺度熵在棒束通道气液两相流压差信号分析中的应用

棒束通道气液两相流的压差信号是非线性的,多尺度熵法在分析非线性信号方面效果较好。运用多尺度熵对压差信号进行分析,在7×7棒束通道的气液两相流实验台上采集压差信号,针对104种流动条件4种流型的压差时间序列分析其多尺度熵特征。研究发现：小尺度（前8个）下的多尺度熵率可以准确区分棒束通道4种流型;大尺度下的样本熵变化趋势可以揭示4种流型的动力学特性。     

基于EEMD近似熵的矿山微震信号特征提取研究

为解决矿山岩体破裂和爆破震动信号不易自动识别的问题,提出了一种基于EEMD(聚合经验模态分解)和近似熵的微震信号特征提取方法,以某金属矿山微震监测系统建立的爆破震动信号与岩体破裂信号数据为分析对象,首先利用该方法对两类微震监测信号进行EEMD分解,获得多个窄带本征模态分量(IMFs);再利用相关系数法确定与两类原始信号最相关的IMF分量得到主要分量,进而计算各主分量的近似熵;最后把主要分量的近似熵值组成表征微震信号的多尺度高维特征向量作为支持向量机(SVM)的判断输入进行训练预测。预测结果表明:EEMD近似熵特征提取方法结合SVM,对矿山爆破震动信号和岩体破裂信号具有较高的识别率,能准确、有效地进行智能分类,为信号识别研究提供了新的途径。     

符号动力学信息熵在气液两相流型电导信号分析中的应用

时间序列的符号动力学信息熵H_k因其计算简单快速,对数据量要求小,而被应用于非线性时间序列的分析中。将其应用于气液两相流型电导信号的分析中,首先通过其在高斯白噪声中的应用,来分析参数的选择标准。接下来讨论不同参数选择对气液两相流型识别的影响,并将流型信号的H_k-up同3种典型仿真信号进行对比。最后采用分段计算H_k-up的方法对气液两相流型电导信号进行分析,剖析了各种流型的演化规律。分析结果表明:符号动力学信息熵是一种有效的分析气液两相流电导信号的方法,能够有效区分不同流型,并能够反映不同流型的演化规律特性。     

近似熵的性质及其在气固流化床复杂性研究中的应用

介绍了一种新的度量序列复杂性的统计方法——近似熵(ApEn),并将其应用于气固流化床流型识别中。通过分析和研究不同操作条件下气固流化床压力脉动时间序列,证明了近似熵与气泡行为有着良好的对应关系,能够较好反映床内复杂性的变化,可以作为有效辨识气固流化床起始鼓泡态、充分鼓泡态和湍动流化态等流型的特征参数。实验数据的计算和分析也表明了近似熵随数据长度的变化小,只需要较短的时间序列就能得到较为稳定的ApEn值;受数据中的瞬态噪声影响小,抗干扰能力强。是一种适合数据变化快、干扰大的工业现场测量的复杂性参数。     

气液二相流压差信号的Hurst指数及复杂性分析

对垂直向上4 mm圆管内气液二相流进行了实验研究,获得了弹状流、搅拌流以及环状流的压差波动信号;分别计算了3种流型下压差信号的Hurst指数值,并与常规通道下的H值进行对比;提取压差信号的复杂性测度特征值(近似熵与盒维数),分析其随气相折算速度的变化趋势。研究表明:文中所获得的小通道不同流型的H值均小于0.5,表现出一定程度的反持续性,而常规通道的H值均大于0.5;近似熵与盒维数对流型变化是敏感的,通过分析其随气相折算速度的变化,有助于了解小通道二相流动力学机理。     

CO2-空气微通道蒸发器两相区熵产分析

微通道已成为换热器研究领域的热点,以CO₂微通道蒸发器为研究对象,建立了CO₂微通道蒸发器两相区内、外侧均有相变的熵产模型,通过建立的CO₂微通道蒸发器二维分布参数模型求解系统熵产数.分析CO₂与空气侧质量流率、空气入口温度及CO₂蒸发温度对系统熵产数的影响.结果表明:CO₂质量流率对系统熵产数影响很小;系统熵产数主要由CO₂与空气两侧温差传热引起;系统熵产数随空气入口温度的增大而增大,随CO₂的蒸发温度的增大而减小;随着空气质量流率的增大,系统熵产数增大,且蒸发温度越高,空气质量流率对系统熵产数的影响越大.     

管束间气液两相流绕流压差波动信号的复杂性及混沌形态分析

基于两种节距比管束间的不同流型的压差波动信号,对其进行复杂性测度特征值提取(盒子维数和近似熵),分析了两种复杂性测度随气相折算速度变化的动力学特性,并研究了典型流型下压差波动信号的混沌吸引子形态特征表征气液两相流流型的能力。结果表明:两种复杂性测度的变化趋势及典型流型下的吸引子形态反映出它们对流型的变化是敏感的。可以表征两相流动力学结构变化,有益于两相流动力学机理的研究,为揭示两相流流型演化机理和定量标识流型提供了一种有效的辅助工具。     

基于Kolmogorov熵时间序列分析的垂直上升管中油水两相流流型表征

采用一种基于广义熵概念的Kolmogorov熵计算方法来提取时间序列的复杂性特征,进而对油水两相流流型进行表征,用Mackey-Glass方程作算例验证了该复杂性特征提取方法的可靠性.在此基础上对油水两相流实验电导波动信号的Kolmogorov熵表征结果进行了分析,指出Kolmogorov熵对流型转变的敏感性,并且发现其结果与先前研究的时间序列电导波动信号功率谱复杂性特征及分形和混沌表征结果较好地对应和统一,表明了Kolmogorov熵对油水两相流流型变化具有敏感的“指示器”特性.     

螺旋折流板换热器的熵产分析

通过CFD数值方法,从热力学第二定律的熵产数NS出发,对比研究折面折流板换热器与原始扇形折流板换热器的性能。以分析改进型换热器能量转换数量和质量的优化程度。研究结果发现:折面折流板换热器封闭了扇形折流板相邻直边之间的三角泄漏区,使换热器不仅保持了壳程流体较好的螺旋状流动,而且流动形成了更加明显的径向速度梯度。折面折流板换热器总传热系数增加30.4%—36.3%,壳程压降增加36.0%—36.5%。螺旋折流板换热器熵产数NS随着传热单元数NTU增加而减小。在相同的入口流量下,折面折流板换热器传热单元数NTU均大于扇形折流板换热器,而熵产数NS均小于扇形折流板换热器,减小了24.4%—28.4%。折面折流板换热器不仅在提高换热器能量转换数量方面具有明显的优势,而且在能量的转换质量,即热力完善程度,也有显著的提高。文中的研究结果对于进一步了解螺旋折流板换热器流动换热的机理、指导换热器优化设计具有重要的意义。     

两相流流动结构多尺度复杂熵因果关系平面特征

采用一种新的信息熵理论分析了气液两相流流动结构动力学特征。首先考察了典型混沌时间序列的多尺度复杂熵因果关系平面特征,然后将该方法应用于气液两相流3种典型流型(泡状流、段塞流及混状流)的电导传感器波动信号处理,结果表明单尺度复杂熵因果关系平面能够对不同流型线性识别。此外发现多尺度复杂熵因果关系平面能够描述流动结构信息随尺度增加的连续丢失过程,反映了气液两相流流动结构稳定性及复杂性,是理解两相流流动结构非线性动力学特性的一种有用分析工具。     

水平气液两相流流型空间图像信息复杂性测度分析

为了考察从图像灰度序列提取的复杂性测度与气液两相流流型变化之间的关系,本文首先从高速摄影系统拍摄的60种流动工况下水平管内气液两相流流型图像中提取了三种复杂性测度（Lempel-Ziv复杂度,分形盒维数,Shannon信息熵）,在此基础上研究了不同表观气速下三种复杂性测度的混沌动力学特性,以及对气液两相流流型的表征能力。实验结果表明：三种复杂性测度均能敏感地指示出流型的变化;通过对三种复杂度随两相流流动参数变化规律分析,可以得到气液两相流动力学结构反演特征, 为揭示气液两相流流型转化机理和定量识别流型提供了一种有效的辅助诊断工具。     

Nonlinear time‐series analysis of optical signals to identify multiphase flow behavior in microchannels

This study provides an insight into the instability and irregularity of multiphase flows in microchannels. Using a homemade optical measuring system, time series related to two‐phase flow dynamics under different operating conditions, fluids, and channel lengths were collected and analyzed via a nonlinear characteristic parameter, Kolmogorov entropy (K_E). Our results reveal that higher K_E corresponds to unstable flow behavior, while lower K_E refers to steady flow behavior; higher K_E values appear at comparatively low or high gas flow rates, and most Taylor flow regime appeared at proper operating conditions with small K_E. An equation derived based on the definition of K_E is proposed to better understand K_E characteristics, which include bubble break‐up impact and gas/liquid flow rate ratio. Predictions from the proposed analytical equation agree with experimental results, suggesting that the equation effectively identifies unstable flows and can be used to ensure stable and predictable multiphase flows in microchannels. © 2016 American Institute of Chemical Engineers AIChE J, 63: 2378–2385, 2017     

熵产方法在旋风分离器内部能耗分析中的应用

应用雷诺应力模型对壁面绝热的旋风分离器的流场进行数值分析,对模拟结果采用熵产分析法和(火用)分析法计算分离器的(火用)损,证实了热力学第二定律研究旋风分离器能量损失的可行性。分别计算了旋风分离器内湍流熵产、黏性熵产、壁面熵产和温差传热熵产。结果表明,壁面熵产和湍流熵产占总熵产的比例分别大于56%和38%,是影响旋风分离器能耗的主要因素。分析了旋风分离器内局部熵产,结果表明,芯管附近体积占旋风分离器体积的10%,其熵产占分离器总熵产的比例高于14%,灰斗入口附近体积仅为旋风分离器体积的5.8%,其熵产占总熵产的比例高于16%,因此芯管附近和排尘口附近是旋风分离器能耗的主要区域。     

微通道内气-液两相传质过程行为及其应用

微通道内气-液两相体系中Taylor流和泡状流具有气泡尺寸均一、停留时间分布窄、可调控性强和比表面积高等优点,具有广泛的应用前景。从Taylor气泡和泡状气泡的传质过程出发,系统综述了微尺度下气泡的溶解规律、传质过程机理和传质/溶解模型等方面的研究进展,并介绍上述流型在反应或过程强化、基础物性及动力学数据测量和微纳材料合成方面的应用。最后总结并展望了技术领域的研究难点与研究方向。     

Hydrodynamic characteristics of gas-liquid slug flow in a downward inclined pipe

Gas-liquid slug flow in a downward inclined pipe was studied experimentally by employing a wire-mesh sensor that enables quantitative measurements of the cross-sectional void fraction distribution. Processing of the wire-mesh sensor data was applied to carry out a statistical analysis of characteristic parameters of downward slug flow, such as bubble and liquid slug length distributions, as well as to determine the ensemble-averaged shapes of the bubble nose, liquid film and bubble tail. It was found that the pipe inclination affects mainly the bubble length, while variation in the gas flow rate affects both bubble and slug length. The bubble nose shape is more sensitive to the flow conditions than the bubble tail. The 3D structure of an elongated bubble in downward slug flow was reconstructed from the wire-mesh sensor data.     

水平气液两相流流型图像信息递归特征分析

采用高速摄像机在气液两相流实验台上拍摄各种典型流型的流动时频,将单帧图像提取信息熵组成时间序列。对信息熵时间序列进行WVD分析,对气液两相流几种典型流型以及过渡流型的演化轨迹进行解析。同时对序列进行了近年来较少用到的非线性混沌递归图分析（RP）,将其分析结果同WVD的分析结果进行对比,在对流型演化轨迹提出新的见解外也对WVD的分析结果进行验证。在分析后将100组不同流型的信息熵序列进行平均值计算,列出随气体体积流量增大的变化趋势图,进一步对流型信息熵与气流量的关系进行说明。最后讨论了气液两相流容积含气率与信息熵的关系。结果表明：流动图像的信息熵序列结合WVD与RP可以对气液两相流型演化轨迹进行很好表征。同时流型图像的信息熵能够对气液两相流各种流型的容积含气率进行表征,是一种有效的流型图像特征参数。