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。     

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。     

起伏振动状态下倾斜管内两相流多尺度熵分析

将振动装置和气液两相流实验回路相结合,在起伏振动状态下对倾斜管内气液两相流进行实验研究,观察记录流型并使用多尺度熵方法对压差波动信号进行分析。研究结果表明振动条件下倾斜管内出现两种新流型为珠状流、起伏弹状流。同时对95种流动条件下的5种典型流型的差压波动信号进行多尺度熵分析。结果表明,不同流型在低尺度（前9个）下的熵值变化率有明显不同,高尺度下的熵值可以反映不同流型的动力学特性。     

起伏振动状态下倾斜管内两相流多尺度熵分析

将振动装置和气液两相流实验回路相结合,在起伏振动状态下对倾斜管内气液两相流进行实验研究,观察记录流型并使用多尺度熵方法对压差波动信号进行分析。研究结果表明振动条件下倾斜管内出现两种新流型为珠状流、起伏弹状流。同时对95种流动条件下的5种典型流型的差压波动信号进行多尺度熵分析。结果表明,不同流型在低尺度(前9个)下的熵值变化率有明显不同,高尺度下的熵值可以反映不同流型的动力学特性。     

气液两相流界面多尺度问题可计算性研究进展

气液两相流复杂多变的界面结构在瞬态时间上具有宽广的空间尺度范围.界面多尺度问题涉及化工领域、核安全领域以及其他多个领域,其可计算性是当前国内外气液两相流领域的研究焦点之一.分析了欧拉体系下处理气液两相流相界面不连续性的两种基本模型以及湍流模拟方法对界面结构的影响.针对离散流界面尺度分布性和混合流界面跨尺度性两类多尺度问题,分析了可计算性研究面临的困境,将其归因于网格尺度的约束、几何及物理边界的缺失.重点归纳了混合流界面跨尺度性问题的计算方法以及典型应用.最后对气液两相流界面多尺度问题提出了应对策略及研究趋势,为此类问题研究提供有益的参考.     

基于图像纹理分析的两相流流型时空演化特性

为了研究气液两相流流动结构时空演化特征,在水流量为0.02~0.4 m·s^-1及气流量为0.005~2.7 m·s^-1 的流动范围内,对垂直及倾斜30°上升的气液两相管流中的七种典型流型采集了动态图像信息。在流型图像特征分析中采用了灰度共生矩阵法对图像局部邻域内的二维信息进行量化表征,提取了六种反映不同流型动态图像纹理结构的时变特征参数,对流型生长过程中流动结构变化进行了分析。研究结果表明：流型图像纹理结构特征动态参数演化趋势刻画了不同流型流动结构差异及动力学复杂性,该分析方法有助于理解气液两相流流动结构时空演化特征,也是气液两相流流型辨识的有效手段。     

子波分析识别环流反应器泡状结构实验

用热膜测速技术以高于对应最小湍流时间尺度的分辨率精细测量了环流反应器内气液二相流速度的时间序列信号,对气液二相流速度信号中自动识别泡状流结构进行了研究。用子波分析方法,将热膜测速仪输出的气液二相流混合速度信号在时域空间和频域空间同时进行时频双局部化多尺度分解,研究了气液二相流中液相流和泡状流结构的分尺度时域特征和分尺度能谱等统计特征,利用子波能谱分析的能量最大准则,提出了一种用子波变换自动识别气液二相流中泡状流结构的新方法。     

2种熵测度在分析流型信号复杂度上的应用

为研究气液二相流动特性,更深地了解气液二相流动,文章利用非线性复杂性测度:近似熵和样本熵,研究了气液二相流的3种流型,泡状流、段塞流和雾状流流型波动信号的复杂度,并对影响算法的容差r和序列长度N进行了讨论。结果表明:泡状流的熵值最高,段塞流的熵值最低,雾状流的熵值居中,且当序列长度N大于400时,近似熵和样本熵可以很好地识别泡状流、段塞流、雾状流。从计算结果可以看出,泡状流的复杂性最高,雾状流其次,段塞流最低,这说明泡状流的流动情况最为复杂,段塞流的流动最为规律。泡状流随机可变特性表现为熵的高值及振荡特征,段塞流气塞与液塞的间歇性运动表现为熵的低值及平稳性,雾状流极不稳定的振荡运动特性表现为介于泡状流及段塞流之间的熵值特点。     

气泡羽流气液两相流动特性的研究进展

气泡羽流是一种复杂的气液两相流,广泛应用于废水处理、石油加工、环保等工业领域。气泡羽流的流动特性对气液两相间质量、动量传递及工业应用至关重要。本工作总结了理论与实验研究等方面气泡羽流流动特性的研究进展。详细讨论了气泡羽流气液两相流体水力学特性、羽流运动行为的影响因素。根据气含率、气泡直径等水力学参数的预测模型和经验公式,归纳了不同液相物性和结构参数下羽流模型的适用范围,揭示了流动对传质的作用。总结了分层流体中气泡羽流流型变化规律、羽流去分层效果以及引起流型变化的影响因素。阐释了横向流动环境下羽流的偏移行为呈线性变化,该变化与横向流速及表观气速等因素有关。最后讨论了气泡羽流气液两相流动特性研究手段和理论方法的局限性,展望了气泡羽流运动规律多尺度研究的方向。     

基于声发射技术的垂直管气液两相流动检测方法

声发射(AE)作为一种无损检测手段,用于气液两相流的测量具有非侵入式、测量不破坏被测管道及流场分布,信号强、灵敏度高等优点。利用声发射技术在河北大学垂直管气液两相流管道上进行了大量实验,运用现代信息数据处理方法对气液两相流垂直管道流型特征参数进行了提取。分析结果表明利用声发射手段提取出的流型特征参数可以反映出典型流型下的动力学特征。垂直管道中,泡状流、弹状流、环状流以及过渡状态下的乳沫状流在时域和频域信号中有着明显区别,小波能量和小波包分解后的信息熵的值也存在较大的差异性,从另一角度验证了在不同流型下两相流体在管道内部不同的运动状态,利用模式识别的思想,对垂直管4种典型流型进行了流型识别,取得了较好的效果,研究结果表明声发射技术可以作为一种技术手段用于气液两相流流动的检测。     

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。     

二相绕流流动特性的相关性和复杂性分析

从相关性和复杂性二方面对气液二相绕流管束的流型进行研究,分析了二相绕流流动特性.首先利用高速摄影仪采集2种节距比管束的不同流型图像,然后对图像处理提取气液二相流流型图像的复杂性测度(互相关系数,分形盒维数,Shannon信息熵),在此基础上研究了3种复杂性测度随气相折算速度变化的动力学特性和表征气液二相流流型的能力.实...     

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。     

基于声发射技术的垂直管气液两相流动检测方法

声发射（AE）作为一种无损检测手段,用于气液两相流的测量具有非侵入式、测量不破坏被测管道及流场分布,信号强、灵敏度高等优点。利用声发射技术在河北大学垂直管气液两相流管道上进行了大量实验,运用现代信息数据处理方法对气液两相流垂直管道流型特征参数进行了提取。分析结果表明利用声发射手段提取出的流型特征参数可以反映出典型流型下的动力学特征。垂直管道中,泡状流、弹状流、环状流以及过渡状态下的乳沫状流在时域和频域信号中有着明显区别,小波能量和小波包分解后的信息熵的值也存在较大的差异性,从另一角度验证了在不同流型下两相流体在管道内部不同的运动状态,利用模式识别的思想,对垂直管4种典型流型进行了流型识别,取得了较好的效果,研究结果表明声发射技术可以作为一种技术手段用于气液两相流流动的检测。     

基于复杂度特征的气液二相流流型识别方法

针对气液二相流压差波动信号的非平稳和非线性特征,提出了一种基于经验模式分解(EMD)复杂度特征和支持向量机的流型识别方法。该方法首先对二相流压差波动信号进行经验模式分解,将其分解为若干个固有模态函数(IMF),然后对每一个IMF分量提取复杂度特征作为流型特征向量,并以此作为输入参数建立支持向量机分类器来识别流型。对水平管内空气-水二相流的实验结果表明,文中提出的方法能准确地识别流型,从而为流型识别提供了一种新的有效方法。     

气液两相流的多尺度混沌特性分析

Using the high-speed camera the time sequences of the classical flow patterns of horizontal gas-liquid pipe flow are recorded, from which the average gray-scale values of single-frame images are extracted. Thus obtained gray-scale time series is decomposed by the Empirical Mode Decomposition (EMD) method, the various scales of the signals are processed by Hurst exponent method, and then the dual-fractal characteristics are obtained. The scattered bubble and the bubble cluster theories are applied to the evolution analysis of two-phase flow patterns. At the same time the various signals are checked in the chaotic recursion chart by which the two typical characteristics (diagonal average length and Shannon entropy) are obtained. Resulting term of these properties, the dynamic characteristics of gas-liquid two-phase flow patterns are quantitatively analyzed. The results show that the evolution paths of gas-liquid two-phase flow patterns can be well characterized by the integrated analysis on the basis of the gray-scale time series of flowing images from EMD, Hurst exponents and Recurrence Plot (RP). In the middle frequency section (2nd, 3rd, 4th scales), three flow patterns decomposed by the EMD exhibit dual fractal characteristics which represent the dynamic features of bubble cluster, single bubble, slug bubble and scattered bubble. According to the change of diagonal average lengths and recursive Shannon entropy characteristic value, the structure deterministic of the slug flow is better than the other two patterns. After the decomposition by EMD the slug flow and the mist flow in the high frequency section have obvious peaks. Anyway, it is an effective way to understand and characterize the dynamic characteristics of two-phase flow patterns using the multi-scale non-linear analysis method based on image gray-scale fluctuation signals.