基于图像多特征融合和支持向量机的气液两相流流型识别

The knowledge of flow regime is very important for quantifying the pressure drop, the stability and safety of two-phase flow systems. Based on image multi-feature fusion and support vector machine, a new method to identify flow regime in two-phase flow was presented. Firstly, gas-liquid two-phase flow images including bubbly flow, plug flow, slug flow, stratified flow, wavy flow, annular flow and mist flow were captured by digital high speed video systems in the horizontal tube. The image moment invariants and gray level co-occurrence matrix texture features were extracted using image processing techniques. To improve the performance of a multiple classifier system, the rough sets theory was used for reducing the inessential factors. Furthermore, the support vector machine was trained by using these eigenvectors to reduce the dimension as flow regime samples, and the flow regime intel-ligent identification was realized. The test results showed that image features which were reduced with the rough sets theory could excellently reflect the difference between seven typical flow regimes, and successful training the support vector machine could quickly and accurately identify seven typical flow regimes of gas-liquid two-phase flow in the horizontal tube. Image multi-feature fusion method provided a new way to identify the gas-liquid two-phase flow, and achieved higher identification ability than that of single characteristic. The overall identifica-tion accuracy was 100%, and an estimate of the image processing time was 8 ms for online flow regime identifica-tion.     

小流量高扬程离心漩涡泵气液混输的设计和试验研究

The design method of small-flow high-head centrifugal-vortex pump was presented. This pump, configured with inducer, complex-centrifugal impeller and open-vortex impeller, was put forward to deliver gas-liquid two-phase mixture. An HTB-5/60 type sample pump was developed and tested on a closed-loop test rig. Experimental studies on performance and cavitation tests for gas-liquid two-phase mixture were carried out compared with pure-water experimental results. Also the effect of gas phase on pump was analyzed and discussed. The experimental results show that performance and cavitation characteristics of the sample purnp deteriorates progressively with increasing volume fraction of gas. When the total capacity Qm is between 4.5 m^3·h^-1 and 6 m^3·h^-1 and the gas flow rate qg below 0.66 m^3·h^-1, or qg/Qm is lower than 15%, the characteristic curves are approximately parallel to those in pure water test, but the performance deteriorates sharply until an abrupt flow-cutting at a critical volume fraction of gas. This pump is found suitable for transporting gas-liquid two-phase mixture when working around rated capacity of 5 m^3·h^-1 with qglQm below 15%.     

规整填料内气液两相流动与传质的计算传质学模型

Detailed investigation of flow behavior in structured packing distillation columns is of great importance in accurate prediction of process efficiency and development of more efficient and optimal equipment internals. In this study, a three-dimensional two-phase flow model based on VOF method for simulating the hydrodynamics and mass-transfer behavior in a typical representative unit of the structured packing is developed. In the proposed model, the model is used for the closure of turbulent mass transfer equation. By solving the proposed model, the velocity distribution, phase fraction profile and concentration field are obtained. Using these data, the total liquid holdup, the wetted area and the separation efficiency [height equivalent to a theoretical plate (HETP)] are estimated. For testing the model validation, the simulated HETPs are compared with our previous experimental data obtained in a 150 mm-diameter column containing Mellapak 350Y operating at the pressures of 0.6-1.8 MPa. The compari-son shows that they are in satisfactory agreement, with an average absolute deviation (AAD) of 25.4%.     

气液两相流对板式换热器污垢特性的影响研究

通过对比实验研究了气液两相流对板式换热器污垢特性的影响。结果表明:板式换热器污垢热阻值随着含气量的增大而减小,含气量越多,扰动越强,其污垢热阻值越小。同时发现相同含气率条件下气泡尺寸越小,抑垢效果越好。     

气液两相流在文丘里管内的流动压降特性研究

本文选用数值模拟方法对文丘里管内气相与液相的混合流体的流动进行模拟.选取收缩管段的四个截面来分析文丘里管的压强变化情况,得到文丘里管内的气液两相混合流体的流场分布以及流量、气液比、收缩管长对压降的影响.     

气液两相流电导波动信号的混沌递归特性分析

通过对典型的Lorenz混沌方程和Logistic映射的考察,研究了相空间嵌入参数（嵌入维数、延迟时间和阈值）对递归分析结果的影响。研究结果表明：递归分析对嵌入维数与延迟时间的依赖性不强,嵌入维数与延迟时间变化只是改变递归率数值大小,而不改变递归结构性质;同样,阈值大小选择直接影响递归点数的多少,而不会改变递归结构性质。最后采用递归分析方法对垂直上升管中气液两相流流型进行了表征,研究结果表明,递归结构图可以较好地反映流型演化特征,且递归特征量随气相表观流速变化敏感,为气液两相流流型辨识提供了有用的特征挖掘量。     

气液两相分离的免方程多尺度模拟方法

提出了一种用于模拟气液两相分离过程的免方程多尺度方法, 该方法以格子Boltzmann(LB)模型作为介观仿真器, LB模型进行少量演化步后运用二阶伸缩式投影方法对介观仿真器演化得到的结果进行有效的外推处理, 能够快速准确地获取后续演化步的结果, 从而实现对气液两相分离过程的多尺度模拟研究。对气液分离过程中饱和密度曲线和模型产生的伪速度大小的对比分析表明所提出的多尺度模拟方法能够快速准确地反映气液两相分离过程的宏观特性, 证明了所提方法的准确性和高效性。     

固定化微生物反应器内气液两相流的CFD模拟与分析

利用CFD软件Fluent对固定化微生物反应器内曝气头不同安装高度下的气液两相流进行了三维数值模拟。采用两相流欧拉-欧拉模型和液相Standard-ε湍流模型,模拟获得了x、z截面处的液速分布图,并分析比较了4种方案下反应器内的液相速度和气液两相混合程度。结果表明:曝气头安装高度450mm、微生物柱安装高度370mm为最佳安装高度。     

通气式中心龙卷流搅拌槽内气-液两相流的混合特性

运用计算流体动力学（CFD）方法对单通管桨搅拌槽和双通管搅拌槽内部流场进行数值模拟,考察了流体在在单通管和双通管搅拌槽内宏观流动场的效果。研究发现,流体在双通管内部流场流动效果好。在此基础上可以看出,通气式搅拌槽开两个孔比开一个孔效果好．这对搅拌槽的优化设计和_丁业放大效应有一定的实际意义。     

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。     

槽式孔板气液二相流差压信号的时间序列分析

槽式孔板是一种新型的气液二相流流量传感器,为了研究其二相流测量特性,提出了一种新的信号处理方法。首先应用小波变换模极大值滤波方法对差压测量信号去噪,然后对滤波结果进行经验模式分解得到有限个经验模式函数(IMF),进而对IMF建立自回归(AR)模型,研究了AR模型的参数与气液二相流流型以及分相流量之间的关系。这种信号处理方法能够使具有非平稳特性的差压信号满足时间序列分析的建模条件,AR模型的参数可以有效地区分气液二相流流型,并与气液分相流量的变化密切相关,为气液二相流流型识别和流量计量算法的研究奠定了基础。     

流化床压力脉动的递归分析

在自行搭建的冷态流化床实验台的基础上,采集了风帽入、出口处的压力脉动信号,通过对比、分析不同压力测点的压力信号递归图,来观察流化床内流化特性的差异。改变空气流量,借助递归率RR、确定性DET、递归熵ENTR,最长对角线Lmax、层状度LAM、竖直或水平线段长度均值TT等参数来定量分析鼓泡床、节涌床、湍流床和快速流化床4种流型的动力学特性。结果表明:递归定量分析能够有帮助于理解流化床的流动机理,对气固二相流的流型识别具有一定意义。     

气液两相单孔鼓泡流体动力学行为混沌预测

应用混沌预测方法 ,对气液两相单孔鼓泡系统的压力波动时间序列进行了短期预测 .结果表明 ,混沌预测方法是预测气液两相鼓泡系统压力波动等流体动力学行为的有效新途径 .     

混沌递归分析在油水两相流流型识别中的应用

采用由Lorenz方程生成的时间序列验证了递归定量分析的有效性及敏感性,并将该分析方法应用于油水两相流流型识别.研究结果表明：对油水两相流过渡流型,在递归图上表现为分散点或线条纹理两种纹理结构特征;而对同一种水包油流型,仅表现为线条纹理结构特征.表明混沌递归图纹理结构特征对油水两相流流型变化敏感,混沌递归定量分析是一种流型识别的有效辅助诊断工具.     

气液两相流差压波动信号的Hilbert-Huang变换特性

将Hilbert-Huang（HHT）变换应用于中小管径水平管气液两相流差压波动信号的分析.利用经验模态分解（EMD）方法把信号分解成多个内模函数(IMF),再对各内模函数进行Hilbert变换,得到信号的Hilbert谱,并提取各内模函数的信号能量特征.在此基础上比较了不同管径下信号分析的结果,分析了不同频段的能量分布与流型变迁的关系,并讨论了小波变换和HHT两种信号处理方法各自的特点.实验结果表明,HHT可以用于非线性非平稳信号的分析,提取的能量特征值反映了水平管气液两相流的流动状态和流型的变迁,该方法为水平管气液两相流差压波动信号的研究提供了借鉴.     

基于经验模式分解的气液二相流研究

为了更加准确地了解气液二相流动特性,文中用能量熵、奇异熵及Lyapunov指数结合经验模式分解(EMD)的方法对气液二相流进行研究.先对流型信号进行经验模式分解,然后由特征向量计算出经验模式能量熵、奇异熵及最大Lyapunov指数.计算结果表明:经过EMD分解的流型信号的2种熵值及Lyapunov指数能够体现信号的变化...     

基于EMD的密相气力输送两相流系统内子系统相互联系和作用

利用信号分析考察密相气力输送两相流系统内子系统之间的相互联系和作用。首先,基于经验模态分解（empirical mode decomposition,EMD）将密相气力输送两相流系统的静电波动信号分解成若干信号分量,即固有模态函数（intrinsic mode function,IMF）,再结合各IMF分量的能量比重确定出IMF1~IMF4为主干分量。之后,结合静电信号EMD分解结果、输送管道中颗粒的分布状况及颗粒运动机理的差异性三者,明确气固两相流系统内的子系统。最后,利用IMF1~IMF4的主频和方差的变化规律,分别考察了子系统之间的联系和作用。实验结果表明：水平输送管道中的气固两相流系统可分成4个子系统,分别是稀相区、交界区、浓相区以及贴壁区内的颗粒流体组织;子系统之间依靠颗粒在彼此间游走而进行联系;同时,子系统之间也存在竞争作用,该竞争是颗粒主导和气流主导两种机制之间的竞争,当颗粒悬浮性较弱时竞争激烈,当颗粒悬浮性变好时竞争减弱。     

隔板式内循环流化床压力脉动信号递归分析

隔板式内循环流化床中流化态及颗粒循环特性对压力脉动信号特征具有重要影响,其作用机制尚未完全清楚。测量了隔板式内循环流化床在不同气速比条件下的压力脉动信号,通过时域及递归分析,获得了压力脉动信号的标准差、递归率、确定性及香农熵等特征参数。结果表明,随着表观气速比的增加,内循环中颗粒循环状态存在未循环、鼓泡循环、过渡循环和湍动循环四个阶段;通过压力脉动信号的标准差、递归图黑白结构占比和递归特征参数可识别这四种循环状态,递归特征参数在不同循环区域内显示出良好的线性关系,可用于识别隔板式内循环流化床系统的循环状态。     

利用锥形孔板测量气液二相流量

利用一种改进的防堵孔板和沿程管段的组合装置,基于考虑滑移比影响的均相流模型,应用伯努力方程和连续性方程推导出影响气液二相流干度的因素为p和Δp1-2/Δp3-4,建立了干度的测量模型;并通过支持向量机(SVM)以p和Δp1-2/Δp3-4作为输入变量,干度为输出值,得到干度的测量相对误差≤3.6%,在结合林氏流量测量模型后,在实验测量参数范围内,总质量流量的测量相对误差≤8.3%。实现了运用一个节流件完成流量的双参数测量,并完成了锥形孔板流出系数的标定和林氏模型中参数θ的拟合公式,分析得出它是影响林氏模型测量误差的重要因素。