双探头光学探针识别受热工况两相流流型的基本方法研究

由于流型识别手段受到限制．目前常用的流型图以及流型转变判据．都是在绝热工况下根据实验得到的；关于受热工况两相流流型还没有足够的实验数据。光学探针的运用为受热工况两相流流型的研究提供了有力的测量手段。本文对双探头光学探针4种流型识别的基本方法进行了研究，包括探针原始电平信号概率密度函数(PDF)分析识别流型、信号时序波形识别流型、空间波形识别流型以及汽泡尺寸PDF分析识别流型。研究结果表明，汽泡贯穿弦长PDF分析可得出满意的流型识别结果。     

用差压信号空间特征频率Sr鉴别两相流流型

压差脉动分析方法是两相流流型识别的常用方法,通过频域特征峰辨识流型会受到气泡速度的影响,而混淆泡状流和间歇流。从两相流流型的空间几何意义出发,利用差压计作传感器,提出用标准空间特征频率斯特罗哈尔数Sr作流型识别的定量依据,斯特罗哈尔数Sr识别流型具有明确的物理意义。给出了这一空间处理技术辨识流型的实验结果。     

文丘里气泡发生器内气液两相流流型及压降实验研究

针对一类文丘里气泡发生器内气液两相流动的流型及压降开展了实验研究。通过可视化实验观测区分了气泡发生器内3种基本流型,包括泡状流、弹状流和柱状流。实验发现,随着两相流从弹状流转变为柱状流,气泡发生器内压降迅速增大。通过对压力信号的时频分析,证明气泡发生器出口位置最有利于压力信号的在线监测。从压力信号中提取了与流型转变紧密相关的概率密度函数相对峰度和功率谱密度差异系数,并分别应用于弹状流-柱状流和泡状流-弹状流流型转变的识别。由于已有的压降模型无法准确预测文丘里气泡发生器的整体压降,为此本研究提出了新的压降预测方法。新关联式考虑了气泡发生器内部分单液相流过程以及流型转变对压降预测的影响,预测值与实验测量结果吻合较好,相对均方根偏差约为10.74%。     

用气泡直径概率密度分布和气泡空间频率分析方法识别不可视通道内两相流流型

时域波形及其分析技术是不可视管道内两相流流型识别的常用方法。由于这一技术受到气泡流速的影响,容易造成流型识别的混淆。两相流流型分类的直观物理几何意义在于气泡空间尺度(相对于流道水力学当量直径)及其分布。本文论述了流型识别的空间处理技术(气泡的空间波形、气泡相对直径概率密度分布和空间频谱分析),从而使流型识别建立在流型分类的直观物理意义之上。本文给出了用电导探针作传感器,用空间处理技术识别流型的实验结果。空间处理技术识别流型的显著特点是物理意义上的直观和明晰。     

用气泡直径概率密度分布和气泡空间频率分析方法识别不可视通道内两相流流型

时域波形及其分析技术是不可视管道内两相流流型识别的常用方法。由于这一技术受到气泡流速的影响,容易造成流型识别的混淆。两相流流型分类的直观物理几何意义在于气泡空间尺度(相对于流道水力学当量直径)及其分布。本文论述了流型识别的空间处理技术(气泡的空间波形、气泡相对直径概率密度分布和空间频谱分析),从而使流型识别建立在流型分类的直观物理意义之上。本交给出了用电导探针作传感器,用空间处理技术识别流型的实验结果。空间处理技术识别流型的显著特点是物理意义上的直观和明晰。     

竖直窄矩形通道气液两相流流型识别研究

在实验研究的基础上,采用小波分析的方法对窄矩形通道内两相流的流型进行有效的识别,为在不可视或不能进行摄影测试技术特殊情况下提供了有效识别方法。通过可视化观察发现,窄矩形通道内两相流流型主要有泡状流、弹状流、搅混流和环状流。采用小波分析法给出了4种流型的功率密度图,并结合每种流型的特征及压差波动特性,对每种流型的频率分布范围及最大能量分布范围给出了界定。因此,利用频率分布特征值及最大能量分布值可对流型进行有效的识别和判定。     

基于图像小波包信息熵和遗传神经网络的气-液两相流流型识别

根据小波包变换能够将图像信号按不同尺度进行分解的特性,提出了基于图像小波包信息熵特征和遗传神经网络相结合的气-液两相流流型识别的新方法.该方法采用高速摄影系统获取水平管道内气-液两相流的流动图像,经过处理,对图像进行多分辨率分析,提取小波包变换系数的信息熵特征,用主成分分析法降低特征维数构成特征矢量,作为流型样本对遗传神经网络进行训练,实现了对流动图像的流型智能化识别.结果表明:图像小波包信息熵特征可以很好地反映各流型之间的差异;遗传神经网络结合遗传算法和BP算法各自优点,具有收敛速度快、不易陷入局部极小的特性,网络识别率为100%.     

气-液两相流图像灰度脉动信号的多尺度双分形特性研究

应用高速摄影技术拍取气-液两相流水平管中3种典型流型的动态图像视频,对每一帧图像的平均灰度脉动信号进行提取;将提取的信号进行多尺度固有模态函数分解,然后与极差/标准偏差(R/S)分析方法相结合,提取各尺度的HURST指数和双分形特征.对气-液两相流的3种典型流型进行了气泡群和单个气泡2种形式的动力学行为分析,应用峭度系...     

基于小波包多尺度信息熵和HMM的气液两相流流型识别方法

为了研究垂直上升管中气液两相流的流型,利用自制的多电导探针测量系统采集了四种典型流型的电导波动信息.由于气液两相流电导波动信号的非平稳特征,提出了一种基于小波包多尺度信息熵(Wavelet Packet Multi-scal2e Information Entropy)和隐马尔可夫模型(Hidden Markov Model,HMM)的流型识别方法.该方法首先对采集到的电导波动信号进行3层小波包分解,得到了8个不同频带的信号,提取各频带信号的小波包多尺度信息熵特征作为流型的特征向量,然后将其转换为观测序列输入到各种状态的隐马尔可夫模型进行训练并识别流型.结果表明:与BP神经网络相比,采用隐马尔可夫模型进行流型识别可以获得更高的识别率,表明该方法是有效和可行的.     

倾斜管内气液两相流流型的实验研究

对空气-水形成的两相流同向通过管径15mm、管长6m,倾斜角为15°和30°两种不同的倾斜角有机玻璃管的流型进行了实验研究。通过可视化观察和压差波动特性对流型进行分类,结合实验数据绘制出不同倾角下的流型图。另外,通过与相同管径下的水平管流型图进行对比以及不同倾角下流型产生范围的比较,发现试验段倾角对流型区间有显著的影响。     

摇摆条件下自然循环流动不稳定性非线性演化特性研究

针对摇摆运动下自然循环流动不稳定性的非线性演化特性进行了分析。应用非线性时间序列分析方法对不同流动状态的时间序列进行幅度谱分析、吸引子重构,并基于相空间重构理论,计算包括关联维数（CD）、Kolmogorov熵（K熵）和最大李雅普诺夫指数（MLE）在内的几何不变量的值,根据计算结果分析了摇摆运动下两相自然循环系统流动不稳定性的非线性演化特性。分析结果表明：随着无量纲功率的增大,系统几何不变量的值先增加后减小,系统由极限环运动经倍周期分岔发展成混沌振荡,最终回到稳定流动;系统非线性特征先增强后减弱,是由于热驱动力、流动阻力和摇摆引起的驱迫外力之间的相互反馈及耦合程度不同所致。     

垂直管空气-水两相流型的Shannon信息熵特性研究

利用信息论原理,研究两相流流型的Ｓｈａｎｎｏｎ信息熵特性。Ｓｈａｎｎｏｎ信息熵可由两相流系统的时间相关信号（如压差）的功率谱密度计算得到。在两相流实验台架上进行了垂直管两相流试验研究,通过调节空气和水的体积流量,获得不同流型工况下压差信号的实验数据。计算不同流型下的Ｓｈａｎｎｏｎ信息熵,发现泡状流的负Ｓｈａｎｎｏｎ信息熵（负熵）最小,弹状流的负熵最大,而环状流的负熵界于两者之间。     

基于AFSA-RF的两相流型图扩展技术

为预测高流速条件下的流型并建立流型图,提出一种基于人工鱼群算法(artificial fish swarm algorithm, AFSA)优化的随机森林(random forest, RF)的机器学习模型,基于最优、简化参数出发,进行流型的智能识别。该模型成功地应用于竖直下降两相流流型的识别,通过不同分类模型以及优化方法对实验数据进行计算,发现AFSA-RF模型的流型识别精度与稳定性高于未优化的RF模型以及其他主流优化方法,对高流速区域的流型的识别成功率达到了90.91%,进一步验证了该预测模型的有效性。依托建立的模型,对现有流型图的适应范围进行了扩展,获得了适用于高流速条件下的流型图。     

采用FFT方法对横摇条件下堆芯核热耦合流动不稳定性的分析

基于开发的海洋条件下堆芯核热耦合流动不稳定性分析程序,利用快速傅里叶变换（FFT）方法对堆芯通道的流量振荡曲线进行分析,获得了静止和横摇条件下堆芯发生核热耦合流动不稳定性时通道的频谱特性。研究表明,静止条件下堆芯发生流动不稳定性时仅具有1个频率峰值,其对应固有频率;在横摇条件下堆芯发生流动不稳定性时,堆芯所有通道均受到横摇条件和核热耦合效应影响,但只有最高功率通道中固有频率处于支配地位,该类功率通道首先发生流动不稳定性。FFT方法可精确地分析复杂流量振荡曲线的特性,进而判定横摇下堆芯核热耦合系统是否发生流动不稳定性。     

起伏非线性振动下倾斜上升管内气液两相流流型转变分析

本文对不同起伏非线性振动条件下倾斜上升管内气液两相流流型及转变规律进行实验研究,借助高速摄影仪对起伏非线性振动状态下气液两相流的流型进行分类。结果表明,倾斜上升管气液两相流有弥散泡状流、起伏弹状流、准弹状流和液环式环状流4种。对弥散泡状流向起伏弹状流和准弹状流向液环式环状流的转变机理进行分析,在稳定状态转变机理的基础上引入振动参数,建立了考虑振动加速度的关系式。本文建立的流型转变关系式与实验结果吻合较好。     

Analysis of Gas-liquid Two-phase Flow Pattern Transition in Inclined Rising Pipe under Fluctuant Nonlinear Vibration Condition

The flow pattern and transition law of gas-liquid two-phase flow in inclined rising pipe under different fluctuant nonlinear vibration conditions were studied experimentally. The flow patterns of gas-liquid two-phase flow under fluctuant nonlinear vibration condition were identified by using high-speed camera. The results show that there are four kinds of patterns in inclined rising pipe with diffuse bubble flow, fluctuant slug flow, proto slug flow and liquid-ring annular flow. The mechanisms of the transition from diffuse bubble flow to fluctuant slug flow, proto slug flow to liquid-ring annular flow were derived, the vibration parameter was added on the basis of the steady state transition mechanism and the flow pattern transition formulae considering the vibration acceleration were established. The results show that the flow pattern transition formulae established in this paper agree well with the experimental results.     

低压自然循环复合流量脉动实验研究

在低压流动沸腾不稳定性实验中,研究了自然循环流动在不同入口过冷度下的演化过程。对实验中的流动沸腾不稳定性入口流量信号进行快速傅里叶变换,基于振幅和频率特性区分了3种流动脉动模式：小幅流量脉动、复合流量脉动和逆流。分析了加热功率和入口过冷度对自然循环不稳定性的影响。根据加热段出口水温变化得到了出口的流型变化,当流量波动振幅较小时加热段出口流体始终是饱和状态,而当流量波动振幅较大时,加热段出口为单相液体和两相混合物交替通过。给出了这3种流量脉动的边界图,分析了热流密度和入口过冷度对流量脉动模式的影响。结果表明：出口含气率大于0时发生流动不稳定性,热流密度达到间歇干涸型临界热流密度时发生逆流。     

不稳定条件下水平管单相水流动阻力特性实验研究

针对不稳定流动（脉动流）条件下的实时阻力特性进行了实验研究。研究表明：脉动流造成了摩擦压降特性的改变,摩擦压降随流动波动而波动,且二者存在相位差。分析可知,加速度对摩擦压降产生较大影响,相同大小的流速和加速度下,加速度方向不同时,摩擦压降也不同,加速度为正时,摩擦压降较大,加速度为负时,摩擦压降较小,加速度为0时,摩擦压降为唯一值。在理论分析的基础上,拟合了适用于脉动流条件下的实时摩擦压降计算关系式,拟合结果和实验结果符合良好。     

二维双区球流运动唯象学方法实验研究

基于唯象学方法的4种基本形式开展球流实验研究,以根据相似准则的原理建立的高温气冷堆二维堆芯的球流运动实验系统为模拟对象,对球流运动进行实验模拟。结果表明：球流实验采用循环加球方式更能反映实际反应堆的情况;球流运动具有从下向上、从中间向两侧传播的特性,中心区快于环形区,整体不表现出层流特性;在中心区和环形区间存在着交混区域;在球床底部角落存在明显的运动缓慢区域。