基于模态迁移复杂网络的气液相含率测量及验证方法

文档序号:6228537阅读:255来源:国知局
基于模态迁移复杂网络的气液相含率测量及验证方法
【专利摘要】一种基于模态迁移复杂网络的气液相含率测量及验证方法:构建模态迁移复杂网络;进行气液两相流参数测量信息计算;绘制有向加权聚集系数、局部中介度和平均最短路径与相含率线性关系测量图版,实现对气液两相流相含率的测量;根据所绘的测量图版,分析有向加权聚集系数、局部中介度和平均最短路径与流型演化动力学关系,揭示气液两相流流型演化动力学机制。验证方法是采用四扇区分布式电导传感器进行验证。本发明提出了一种多元时间序列模态迁移复杂网络方法对两相流分布式电导传感器测量信号进行信息融合;多元时间序列模态迁移复杂网络信息融合方法可有效辨识不同气液两相流流型;多元时间序列模态迁移复杂网络信息融合方法的验证可获得很好的相含率测量效果。
【专利说明】基于模态迁移复杂网络的气液相含率测量及验证方法

【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种气液两相流测量信息融合方法。特别是涉及一种针对气液两相流 分布式电导传感器测量信号的基于模态迁移复杂网络的气液相含率测量及验证方法。

【背景技术】
[0002] 气液两相流的研究是随着工业技术的需要而发展起来的。特别是本世纪40年代 后期,由于动力工程、化学工程、石化工程、原子能工程、航天工程以及环境保护工程的兴起 和发展,气液两相流的研究日益得到重视,促使它形成一门完整的应用基础学科。流型是影 响流动参数准确测量的重要因素,气液两相流流型复杂多变,其流型生成演化动力学机制 异常复杂,导致两相流参数测量十分困难。气液两相流的宏观运动以及它与其它运动状态 之间的相互作用是两相流体力学的主要研究内容之一。两相流相含率测量技术主要包括电 导法、电容法、光学法和射线法等。由于电导传感器具有原理清晰、结构简单、响应稳定等诸 多优点,已广泛地应用于多相流参数测量中。两相流分布式传感器是由安装在测量管道上 的多对测量电极组成,其可有效测取局部流动结构信息,分布式传感器多元测量信号不仅 包含气相含率信息,同时还蕴含着丰富的流型演化非线性动力学信息。
[0003] 复杂网络理论属当今世界交叉学科前沿研究领域。近年来,基于观测数据的复杂 网络建模研究得到了来自不同学科领域学者们的广泛关注,研究表明复杂网络理论不仅可 以用于挖掘包含在非线性时间序列中的重要信息,同时也可用于研究理论模型所不能精确 描述的复杂非线性动力学系统。一元时间序列复杂网络研究已取得较大进展,但多元时间 序列复杂网络研究理论仍相当有限,仍主要集中在基于时间序列相关性分析的网络构建模 式上且其要求时间序列数量足够多以此为节点构建网络,在非脑电信号分析领域的应用上 存在较大局限性。


【发明内容】

[0004] 本发明所要解决的技术问题是,提供一种基于模态迁移复杂网络的气液相含率测 量及验证方法,通过建立模态迁移复杂网络对多元信息进行融合,提取与相含率具有线性 关系的有向加权聚集系数、局部中介度、平均最短路径网络特征指标并进行归一化处理,绘 制相含率线性关系测量图版,实现对气液两相流相含率的测量。
[0005] 本发明所采用的技术方案是:一种基于模态迁移复杂网络的气液相含率测量方 法,包括如下阶段:
[0006] 1)构建模态迁移复杂网络,包括如下步骤:
[0007] (1)获得S组长度均为P的反映流体局部流动特征的电压测量信号即多元时间序 列,其中S为大于0的整数;
[0008] (2)用包含子时间序列的移动窗口分割由S组等长度的电压测量信号组成的多元 时间序列;
[0009] (3)对于任意两个窗口的η点时间序列用X和Y时间序列即

【权利要求】
1. 一种基于模态迁移复杂网络的气液相含率测量方法,其特征在于,包括如下阶段: 1)构建模态迁移复杂网络,包括如下步骤: (1) 获得S组长度均为P的反映流体局部流动特征的电压测量信号即多元时间序列,其 中S为大于0的整数; (2) 用包含子时间序列的移动窗口分割由S组等长度的电压测量信号组成的多元时间 序列; (3) 对于任意两个窗口的η点时间序列用X和Y时间序列即 {X(i) 11彡i彡n},{Y(i) 11彡i彡η}来表示,利用下面的公式计算每一对子时间序列的相 关系数:
2. 根据权利要求1所述的基于模态迁移复杂网络的气液相含率测量方法,其特征在 于,阶段1)中的步骤(2)所述的包含子时间序列的移动窗口的滑动步长是p,每个窗口的长 度为n,得到P-n+p个窗口。
3. 根据权利要求1所述的基于模态迁移复杂网络的气液相含率测量方法,其特征在 于,阶段2)中的步骤(1)所述的有向加权聚集系数的导出是, 设与节点i连接的节点个数为m,网络中所有的结点个数为N,节点i到节点j连边的 权重为Wu,即节点i到节点j的转化次数,节点的聚集系数反映了该节点与邻接点之间相 互关联的程度,由于相关性波动网络为加权网络,因此采用加权聚集系数C w(i)进行计算, 定义为:
这里〇ab是节点a到节点b的最短路径的数目,是这些最短路径中经过节点i 的最短路径数目。这里最短路径的意义是两节点之间权重值最小。一个节点的LBC越大说 明这个节点在这个局部网络中越重要。整个模态迁移网络的LBC就是所有N个节点的L(g 的平均值。
5. -种用于权利要求1所述的基于模态迁移复杂网络的气液相含率测量方法的验证 方法,其特征在于,采用四扇区分布式电导传感器,所述的四扇区分布式电导传感器包括垂 直上升管道(G)和安装在垂直上升管道上的四对电极,垂直上升管道(G)的内径为R,每对 电极均包括一个安装在垂直上升管道上端的激励电极(E A、EB、EC、ED)和一个安装在垂直上 升管道下端的测量电极(M A、MB、M。、MD),每对电极之间的距离为D,每一个电极的厚度为H, 四对电极中的每个电极包括一段弧形环,弧形环的张角为Θ,且每个电极的曲率与垂直上 升管道的曲率一致,使得电极能平滑嵌入垂直上升管道的内壁面,四个激励电极位于垂直 上升管道内的同一高度上,且彼此之间均匀间隔分布,呈非连续圆环状,四个测量电极位于 垂直上升管道内、低于四个激励电极所在高度的同一高度上,且彼此之间也均匀间隔分布, 呈非连续圆环状,其中每对电极上下平行设置;每个电极还包括一段连接在所述弧形环上 的柱形导体,用于信号的输入与输出;每个电极在管道内的灵敏度区域为一个扇形,每个电 极呈T型,由钛合金制成;具体实验方法是,在管道中通入一定流量的水量,然后在管道中 逐渐增加气相流量,当完成一次气液两相流配比之后,待气液两相流流动结构稳定后,采用 四扇区分布式电导传感器对气液两相流进行测量,并同时用高速动态摄像仪记录图像,高 速动态摄像仪图像用于定义流型,实验的采样频率为4kHz,采样时间为30s,数据采集结束 后,增加气相流量,按上述过程进行测量直至该水量下所设计的工况都测量完成,完成一组 水量测量后,增加水相流量,重复以上过程完成下一轮测量;水相和气相的流速范围均为 0. 1?2m/s ;基于实验多元测量信号,采用多元相空间复杂网络进行信息融合,实现对不同 气液流型的辨识,并计算与相含率具有线性关系的有向加权聚集系数、局部中介度和平均 最短路径复杂网络特征指标,绘制有向加权聚集系数、局部中介度和平均最短路径与相含 率线性关系测量图版,实现对气液两相流相含率的测量;分布式电导传感器测量的多元电 压信号构建模态迁移复杂网络,通过有向加权聚集系数、局部中介度和平均最短路径与相 含率线性关系测量图版,分析有向加权聚集系数、局部中介度和平均最短路径与流型演化 动力学关系,揭示气液两相流流型演化动力学机制。
【文档编号】G01N27/04GK104049000SQ201410229118
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2014年5月27日 优先权日:2014年5月27日
【发明者】高忠科, 金宁德, 丁美双 申请人:天津大学
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