基于小波神经网络的油气水三相流相含率的软测量方法

利用高速摄影仪对垂直上升管中油气水三相流的流动进行了动态图像的拍摄,提取每一帧图像的灰度均值组成灰度时间序列,并从时间序列中提取了能反映油气水三相流流动特性的统计和分形特征量,将这些特征量作为人工神经网络的输入量。在水的体积流量为1.32~12.15 m3/h,油的体积流量为0.01~0.43 m3/h,空气的体积流量为0.75~2.5 m3/h条件下,采用小波神经网络作为相含率预测模型,结果表明,小波神经网络的预测值与测试值非常吻合,含气率预测最大误差为3.57%,含水率最大误差为3.3%,较好地实现了油气水三相流相含率的预测,为油气水三相流相含率测量提供了一种有效的软测量方法。     

垂直上升管中油水两相流流型表征

在含水率 5 1%～ 91%、油水两相流总流量 10～ 6 0m³·d^-1范围内 ,对垂直上升油水两相流流动工况的电导波动信号进行了分形及混沌时间序列分析 .当含水率为 6 0 .5 %～ 91%时 ,所提取的分形维数及吸引子相关维分别在 1.0 0 6～ 1.6 31及 4.30～ 6 .77之间 ;当含水率为 5 1%或 5 1.5 %时 ,所提取的分形维数及吸引子相关维分别在 1.17～ 1.75 8及 5 .46～ 7.0 5之间 ,且分形维数及混沌吸引子相关维数随总流量呈不规则突变 ,并与复杂功率谱特征及流型图上的过渡流型相对应 ,表明了分形维数及混沌吸引子相关维数对油水两相流流型变化具有敏感的“指示器”特性     

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。     

多相流型特征评价方法研究

为了得到反映流型信息的敏感特征,提出了一种多相流型特征评价方法。在水体积流量为1.32—12.15 m3/h,油体积流量为0.01—0.43 m3/h,空气体积流量为0.75—25 m3/h的范围内,对垂直上升管内油气水三相流4种流型的压差波动信号进行采集并作为分析对象,采用经验模式分解EMD法、小波方法、小波包方法,对去噪后的压差波动信号进行分解,分别提取了4种流型的EMD能量特征、EMD峭度系数特征、小波包能量特征、小波包信息熵特征和小波能量的特征,从敏感度、稳定性、瞬时性3个方面,对提取的5种特征进行比较、评价,从而建立了一种流型特征的评价准则,并给出了相应的算法。计算结果表明,所提出的评价方法是有效可行的。     

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。     

中低负荷下脉动热管壁温信号的分形特性分析

运用功率谱、小波分解、相空间重构、关联维数计算等非线性分析方法对脉动热管壁面温度波动信号分析。表明:功率谱呈现连续谱线,时间序列存在自相似性,展现温度波动信号的混沌行为;小波分解表现出温度波动的分形特性;重构吸引子展现出4种不同的空间分形结构,说明温度信号波动属于分形下的混沌行为。计算分形维数与传热性能的关系,发现系统存在3~6个分形维;随嵌入维数的增加,分形速度关系为R134a大于丙酮大于去离子水,基本表现为分形维数越大,传热性能越好。并发现关联维和热阻成负相关关系。     

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...     

倾斜下降管内油气水三相流流型转变的实验研究

对倾斜下降管倾角变化对油气水三相流流型转变的影响进行了研究 ,通过大量实验得到流型图 ,发现倾角对流型转变有重大影响 :倾角增大到 3 0°时 ,增大气流量 ,泡状流已不再转变为间歇流 ,而是分层流 ;倾角变化对环状流和间歇流之间的转变影响显著。得到的界限方程规律与实验现象及流型图符合良好     

镁橄榄石隔热材料孔体积分形维数特征

采用压汞法研究在熔盐介质中制备的镁橄榄石多孔隔热材料中孔的分形结构,测定了多孔隔热材料中孔的分形维数,探讨了孔的分形维数与孔隙率、孔分布及材料强度之间的关系。结果表明:熔盐介质中制备的镁橄榄石多孔隔热材料的孔结构具有分形特征,孔径4.6μm的样品中孔的分形维数不具有准确性,孔径4.6μm的样品中孔的分形维数具有规律性。烧成温度不同的样品中孔径4.6μm的分形维数波动在2.563 0~2.766 1之间,且分形维数越大,显气孔率越小,耐压强度越小。不同熔盐含量样品孔径4.6μm的孔体积分形维数在2.534 1~2.972 2之间,且分形维数越小,显气孔率越大。当分形维数大于2.535 7时,分形维数越小,耐压强度越大。     

大型双射流流化床的流体动力学特性

在Ф0 .5m× 8m大型双射流流化床中 ,通过摄像、放像逐帧分析法和sthVCD软件分析录像转换的VCD ,得到了不同管间距下双射流典型的运动图像 .同时研究了两射流独立存在区、过渡区和射流合并区 3种流型的相互转变 ,得出了流型转变的关系式 .不同射流管间距下相同射流气速的射流深度相比 ,管间距减小则射流深度减小 ;在较小的管间距和相对高的射流气速下 ,两射流在射流深度之内始终合并 ,表现为射流合并高度 .得出了射流深度、射流合并高度的定量关系式 .分数维关联维数表明大型双射流流化床是一个确定性混沌系统 ,考查了管间距、静床高度对关联维数的影响     

刚-柔组合搅拌桨强化流体混沌混合

合理设计搅拌反应器的桨叶,强化流体流动与混合行为,是实现流体高效、节能混合的重要手段。柔性体与刚性体组合,可设计出具有多体运动行为的刚-柔组合搅拌桨。结合PIV流场观测和CFD模拟,对比分析了刚性桨和刚-柔组合桨对流场结构及流体混沌混合行为的影响。结果表明,与刚性搅拌桨相比,刚-柔组合桨的柔性端强化能量传递,流体流速衰减速率降低25%,有利于搅拌桨输入能量在流场结构内的有效分配。传统刚性六凹叶和六直叶涡轮桨搅拌反应器内流体形成的流线结构具有明显的周期吸引子,其时均流场的分形维数分别为1.9046和1.9138。刚-柔组合六直叶涡轮桨搅拌反应器内流体流线呈明显的准周期性吸引子性质,其流场分形维数为1.9337,而刚-柔组合六凹叶涡轮桨搅拌反应器内流体流线具有典型的混沌吸引子性质,其流场分形维数为1.9545。刚-柔组合搅拌桨可改变流体流线的吸引子来调控流场的多尺度结构,强化流体混沌混合,实现高效节能操作。     

偏心空气射流双层桨搅拌反应器流场结构的分形特征

搅拌槽内流场分为混沌混合区和隔离区。为提高搅拌槽内流体的混合效率、降低搅拌过程的能耗,调控流场结构特征是重要的途径。结合图像处理软件,实验研究了偏心空气射流双层桨搅拌槽内空气-水体系的流场结构分形维数的变化规律。实验结果表明,流场结构分形维数受搅拌转速和空气流速的共同作用;偏心空气射流能改变流场结构分形维数,使流体混沌混合特性增强;机械搅拌转速增大,能改变射流场的拟序结构,提高气液混合效率。     

气液固三相并流系统流型的混沌识别

运用确定性混沌分析技术，研究了气液固三相并流系统散式鼓泡流、聚式鼓泡流、柱塞流、泡沫流及环状流压力波动信号的混沌动力学行为。结果表明，吸引子可以用来表征气液固三相并流系统的动力学行为，混沌特征参数相关维D2和K熵可以用来定量识别以上五种流型。以混沌定量识别为基础，给出了三相并流系统的流型图。     

油气水三相段塞流与滚动波流型的转变

Compared with gas-liquid two-phase flow,oil-gas-water three-phase flow is much more complex. There is immiscible oil-water,whose interaction and dispersion greatly affects the flow characteristics. The slug flow pattern of oil-gas-water three-phase and its flow pattern transition were studied in a 95 m long,51 mm i. d. horizontal pipe. The oil-gas-water three-phase slug flow pattern could be classified into five sub-flow patterns. The slug flow was W/O or O/W one during its transition to roll wave,which was three-layer flow pattern without mixed-phase on the interface. An even larger superficial gas velocity was needed for the transition boundary of slug flow and roll wave flow when the superficial liquid velocity is large. Besides,the region of roll wave flow pattern became smaller. The above-mentioned transition only happened when the water cut of liquid was between 30% and 70%. At the same superficial liquid velocity,there appeared a minimum superficial gas velocity corresponding to the transition of flow pattern when the water cut of liquid was between 40% and 50%.     

汽-液流动沸腾蒸发系统的混沌分析及预测

应用功率谱、自相关系数、吸引子相图、关联维数等分析工具,对汽-液两相流动沸腾蒸发系统的传热系数时间序列进行了定性和定量混沌研究.研究结果为:时间序列的功率谱在半对数坐标下呈指数下降趋势;自相关系数随时间的推移而减小;吸引子相图呈现精细结构;关联维数随嵌入维数的增大而趋于一个稳定的分数值.这说明汽-液两相流动沸腾蒸发系统呈现混沌特性.在此基础上,应用临近点相似混沌预测法对不同加热蒸汽压力(0.11 MPa、0.13 MPa、0.15 MPa)下的传热系数时间序列进行了混沌预测.结果表明:预测值和实验值在有限时间长度内吻合程度较好;预测的平均相对误差随加热蒸汽压力的增加而增大;高精度预测时间长度随加热蒸汽压力增加而减小.这表明该系统具有短期可预测性.     

三相流环状集输管网流型研究

油气水三相流动广泛存在于石油和天然气开采过程中,因此对油气水三相流流动型态的觃律迚行研究是热力计算模型和油田集输管道水力的基础,也为解决油田中混输问题提供了重要的实用价值及经济效益。以大庆低渗透油田第八采油厂三矿7#--4计量间环2作为试验环路迚行CFD数值模拟,按照油气水三相流的不同油水界面特征、气液界面特征最终划分为4种流型,并模拟了不同含油率、不同含气率、不同速度条件下的流型,得到了不同条件下流型图及流型变化觃律。这为外围油田环状集输管网的流程运行探索了新的途径,为实现环状集输管网设计计算提供理论支撑。