基於模態遷移複雜網絡的氣液相含率測量及驗證方法

2023-12-09 11:12:16 4

基於模態遷移複雜網絡的氣液相含率測量及驗證方法
【專利摘要】一種基於模態遷移複雜網絡的氣液相含率測量及驗證方法：構建模態遷移複雜網絡；進行氣液兩相流參數測量信息計算；繪製有向加權聚集係數、局部中介度和平均最短路徑與相含率線性關係測量圖版，實現對氣液兩相流相含率的測量；根據所繪的測量圖版，分析有向加權聚集係數、局部中介度和平均最短路徑與流型演化動力學關係，揭示氣液兩相流流型演化動力學機制。驗證方法是採用四扇區分布式電導傳感器進行驗證。本發明提出了一種多元時間序列模態遷移複雜網絡方法對兩相流分布式電導傳感器測量信號進行信息融合；多元時間序列模態遷移複雜網絡信息融合方法可有效辨識不同氣液兩相流流型；多元時間序列模態遷移複雜網絡信息融合方法的驗證可獲得很好的相含率測量效果。
【專利說明】基於模態遷移複雜網絡的氣液相含率測量及驗證方法

【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種氣液兩相流測量信息融合方法。特別是涉及一種針對氣液兩相流 分布式電導傳感器測量信號的基於模態遷移複雜網絡的氣液相含率測量及驗證方法。

【背景技術】
[0002] 氣液兩相流的研究是隨著工業技術的需要而發展起來的。特別是本世紀40年代 後期，由於動力工程、化學工程、石化工程、原子能工程、航天工程以及環境保護工程的興起 和發展，氣液兩相流的研究日益得到重視，促使它形成一門完整的應用基礎學科。流型是影 響流動參數準確測量的重要因素，氣液兩相流流型複雜多變，其流型生成演化動力學機制 異常複雜，導致兩相流參數測量十分困難。氣液兩相流的宏觀運動以及它與其它運動狀態 之間的相互作用是兩相流體力學的主要研究內容之一。兩相流相含率測量技術主要包括電 導法、電容法、光學法和射線法等。由於電導傳感器具有原理清晰、結構簡單、響應穩定等諸 多優點，已廣泛地應用於多相流參數測量中。兩相流分布式傳感器是由安裝在測量管道上 的多對測量電極組成，其可有效測取局部流動結構信息，分布式傳感器多元測量信號不僅 包含氣相含率信息，同時還蘊含著豐富的流型演化非線性動力學信息。
[0003] 複雜網絡理論屬當今世界交叉學科前沿研究領域。近年來，基於觀測數據的複雜 網絡建模研究得到了來自不同學科領域學者們的廣泛關注，研究表明複雜網絡理論不僅可 以用於挖掘包含在非線性時間序列中的重要信息，同時也可用於研究理論模型所不能精確 描述的複雜非線性動力學系統。一元時間序列複雜網絡研究已取得較大進展，但多元時間 序列複雜網絡研究理論仍相當有限，仍主要集中在基於時間序列相關性分析的網絡構建模 式上且其要求時間序列數量足夠多以此為節點構建網絡，在非腦電信號分析領域的應用上 存在較大局限性。


【發明內容】

[0004] 本發明所要解決的技術問題是，提供一種基於模態遷移複雜網絡的氣液相含率測 量及驗證方法，通過建立模態遷移複雜網絡對多元信息進行融合，提取與相含率具有線性 關係的有向加權聚集係數、局部中介度、平均最短路徑網絡特徵指標並進行歸一化處理，繪 制相含率線性關係測量圖版，實現對氣液兩相流相含率的測量。
[0005] 本發明所採用的技術方案是：一種基於模態遷移複雜網絡的氣液相含率測量方 法，包括如下階段：
[0006] 1)構建模態遷移複雜網絡，包括如下步驟：
[0007] (1)獲得S組長度均為P的反映流體局部流動特徵的電壓測量信號即多元時間序 列，其中S為大於0的整數；
[0008] (2)用包含子時間序列的移動窗口分割由S組等長度的電壓測量信號組成的多元 時間序列；
[0009] (3)對於任意兩個窗口的η點時間序列用X和Y時間序列即

【權利要求】
1. 一種基於模態遷移複雜網絡的氣液相含率測量方法，其特徵在於，包括如下階段： 1)構建模態遷移複雜網絡，包括如下步驟： (1) 獲得S組長度均為P的反映流體局部流動特徵的電壓測量信號即多元時間序列，其 中S為大於0的整數； (2) 用包含子時間序列的移動窗口分割由S組等長度的電壓測量信號組成的多元時間 序列； (3) 對於任意兩個窗口的η點時間序列用X和Y時間序列即 {X(i) 11彡i彡n}，{Y(i) 11彡i彡η}來表示，利用下面的公式計算每一對子時間序列的相 關係數：
2. 根據權利要求1所述的基於模態遷移複雜網絡的氣液相含率測量方法，其特徵在 於，階段1)中的步驟（2)所述的包含子時間序列的移動窗口的滑動步長是p，每個窗口的長 度為n，得到P-n+p個窗口。
3. 根據權利要求1所述的基於模態遷移複雜網絡的氣液相含率測量方法，其特徵在 於，階段2)中的步驟（1)所述的有向加權聚集係數的導出是， 設與節點i連接的節點個數為m，網絡中所有的結點個數為N，節點i到節點j連邊的 權重為Wu，即節點i到節點j的轉化次數，節點的聚集係數反映了該節點與鄰接點之間相 互關聯的程度，由於相關性波動網絡為加權網絡，因此採用加權聚集係數C w(i)進行計算， 定義為：
這裡〇ab是節點a到節點b的最短路徑的數目，是這些最短路徑中經過節點i 的最短路徑數目。這裡最短路徑的意義是兩節點之間權重值最小。一個節點的LBC越大說 明這個節點在這個局部網絡中越重要。整個模態遷移網絡的LBC就是所有N個節點的L(g 的平均值。
5. -種用於權利要求1所述的基於模態遷移複雜網絡的氣液相含率測量方法的驗證 方法，其特徵在於，採用四扇區分布式電導傳感器，所述的四扇區分布式電導傳感器包括垂 直上升管道（G)和安裝在垂直上升管道上的四對電極，垂直上升管道（G)的內徑為R，每對 電極均包括一個安裝在垂直上升管道上端的激勵電極（E A、EB、EC、ED)和一個安裝在垂直上 升管道下端的測量電極（M A、MB、M。、MD)，每對電極之間的距離為D，每一個電極的厚度為H， 四對電極中的每個電極包括一段弧形環，弧形環的張角為Θ，且每個電極的曲率與垂直上 升管道的曲率一致，使得電極能平滑嵌入垂直上升管道的內壁面，四個激勵電極位於垂直 上升管道內的同一高度上，且彼此之間均勻間隔分布，呈非連續圓環狀，四個測量電極位於 垂直上升管道內、低於四個激勵電極所在高度的同一高度上，且彼此之間也均勻間隔分布， 呈非連續圓環狀，其中每對電極上下平行設置；每個電極還包括一段連接在所述弧形環上 的柱形導體，用於信號的輸入與輸出；每個電極在管道內的靈敏度區域為一個扇形，每個電 極呈T型，由鈦合金製成；具體實驗方法是，在管道中通入一定流量的水量，然後在管道中 逐漸增加氣相流量，當完成一次氣液兩相流配比之後，待氣液兩相流流動結構穩定後，採用 四扇區分布式電導傳感器對氣液兩相流進行測量，並同時用高速動態攝像儀記錄圖像，高 速動態攝像儀圖像用於定義流型，實驗的採樣頻率為4kHz，採樣時間為30s，數據採集結束 後，增加氣相流量，按上述過程進行測量直至該水量下所設計的工況都測量完成，完成一組 水量測量後，增加水相流量，重複以上過程完成下一輪測量；水相和氣相的流速範圍均為 0. 1?2m/s ;基於實驗多元測量信號，採用多元相空間複雜網絡進行信息融合，實現對不同 氣液流型的辨識，並計算與相含率具有線性關係的有向加權聚集係數、局部中介度和平均 最短路徑複雜網絡特徵指標，繪製有向加權聚集係數、局部中介度和平均最短路徑與相含 率線性關係測量圖版，實現對氣液兩相流相含率的測量；分布式電導傳感器測量的多元電 壓信號構建模態遷移複雜網絡，通過有向加權聚集係數、局部中介度和平均最短路徑與相 含率線性關係測量圖版，分析有向加權聚集係數、局部中介度和平均最短路徑與流型演化 動力學關係，揭示氣液兩相流流型演化動力學機制。
【文檔編號】G01N27/04GK104049000SQ201410229118
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年5月27日 優先權日:2014年5月27日
【發明者】高忠科, 金寧德, 丁美雙 申請人:天津大學