基于递归图的两相流流动特性分析与流型识别

基于数字化电阻层析成像(ERT)系统采集的垂直管道气液两相流实验数据,通过计算不同时刻系统采集的数据均值,生成一维时间序列并进行相空间重构,绘制递归图。对绘制的递归图进行阈值分割,并分析了两相流流动特性。计算了不同流型对应无阈值递归图的图像信息熵范围：泡状流为0.570～0.660;泡状流到弹状流过渡流型为2.300～3.200;弹状流为3.650～4.100;段塞流为4.300～4.600;段塞流到混状流过渡流型为4.650～4.950。结果表明各流型递归图图像信息熵范围分隔明显,可有效识别这5种流型。     

基于Choi-Williams分析与神经网络的两相流流型识别北大核心CSCD

提出一种基于Choi-Williams分析和神经网络的流型识别方法。使用阵列电导传感器获取垂直上升管道气液两相流流型信息,并将多元测量数据进行去噪和降维处理,进一步采用Choi-Williams分析将其转换为时频谱图,并构建数据集。分别搭建CNN、VGG-16和ResNet-18网络模型,将不同流型的时频谱图作为网络输入进行训练、测试。识别结果表明,Choi-Williams分析可以有效提取不同流型信号的特征,3种网络均具有较高的识别精度,其中ResNet-18网络准确率最高,平均流型识别率达99.4%。     

基于能量有限元法的损伤充液管道振动分析

管道结构在服役期间会出现各种形式的损伤,其结构动力学参数和能量传播形式也会随之产生一定的变化,根据充液管道的动力学方程,推导得到了充液管道振动的能量平衡方程和能量有限元方程。分别采用能量有限元法和有限元法对充液管道的能量密度进行了计算和对比,验证了能量有限元法求解充液管道振动响应的准确性。在此基础上建立了基于能量密度变化和能量流变化的两个损伤指标,讨论了单元受损后的刚度变化和阻尼变化对能量流指标的影响,算例表明基于能量流变化的指标能够有效地识别充液管道结构的损伤部位。研究为基于能量有限元法预报充液管道的振动和基于该方法识别输流管道的损伤提供了理论基础。     

槽式孔板差压信号的高阶统计量特征

针对气液两相流流过槽式孔板时产生的差压信号呈现出的非高斯特性,提出了一种基于高阶谱技术的信号分析方法.通过对槽式孔板两端差压信号进行的双谱分析,提取了不同流量下信号的非高斯特征.以信号的双谱幅度最大值和双谱切片幅度最大值作为特征参数,对不同流型、流量下差压信号偏离高斯分布的程度进行了定量估计.结果表明,提取的特征值不仅可作为气液两相流流型转变的判据,而且还为进一步优化两相流流量计的设计提供了参考.     

脉动环状流作用下输流管道的非线性振动特性分析

输流管道内流体的脉动是造成管道系统失稳的重要因素。对于环状流虽然气、液两相速度相差很大,但液相介质流动特性对管道振动特性的影响不容忽视。为了分析环状流液相介质的脉动对管道非线性振动的影响,建立了管道横向振动模型。模型方程利用Galerkin法进行离散,同时采用四阶Runge-Kutta迭代方法求解。分析了包括固有频率、临界气速、分岔、混沌等基本动力学特征。研究结果表明,表观液速增加不仅导致系统固有频率显著下降而且使得系统的临界气速下降。当不考虑液相脉动时,只观察到Pitchfork分岔,表观液速由0.2 m/s增加到0.9 m/s过程中分岔起点由31.9 m降低到21.8 m。当液相介质脉动时,管道系统随着脉动频率增加检测到包括多种形态的周期运动、概周期运动以及混沌等振动形态。研究结果对于工程具有指导意义。     

双锥流量计气液两相流测量模型研究

设计了一种直径比为0.8的新型双锥流量计.在管道内径为50 mm、干度范围为0.002 5～0.04的工况下,采用该流量计对水平管道气液两相流流量的测量进行了实验研究.在水流量标准装置上对该流量计进行了标定,分析了其流出系数.基于均相流和James模型,提出了一种混合密度的修正方法.利用双锥流量计的差压信号,分别对均相流模型、James模型以及修正的模型进行气液两相流总流量测量误差分析.实验结果显示,经密度修正的模型对总流量测量的相对误差可控制在6%以内,均方根误差为2.94%,表明修正后的模型可对总流量进行有效的测量,双锥流量计用于气液两相流测量可以获得较好的效果.     

起伏振动状态下水平管内气液两相流研究

通过将振动装置与两相流实验回路结合的方法,对起伏振动状态下水平管内气液两相流问题进行了实验研究。同时基于FLUENT平台,结合动网格模型及UDF编程手段,通过数值模拟的方法,进一步扩展了研究内容:重点考察了振动工况及流体性质对压降和流型转换的影响。研究结果表明:振动工况下气液两相流动形式不同于稳态工况,主要流型有珠状流、泡弹流、沸腾波状流、波状流以及环状流。振动影响管内压降,但当Re数大于5 600时,无论是振动频率还是振动幅度对压降均没有很大影响。与稳态工况类似,黏度几乎不影响流型转换界限,流体处于高黏度状态时,振动工况对于流型转化及压降的影响减弱。振动频率和振动幅度的增大均使得流型转换界限呈现向外扩张的趋势,且与振动幅度相比,振动频率的改变对流型转换影响更大。     

运用EMD能量比和GA-BP网络诊断旋转机械故障

针对旋转机械故障识别问题,提出一种基于EMD能量比和遗传算法优化(Genetic algorithm,GA)BP网络的故障识别方法,该方法综合EMD方法对非线性信号所具有良好的自适应性和GA-BP网络所具有的全局优化权值的特点,首先对振动信号进行EMD分解,获得各个IMF分量并提取振动信号的能量比特征向量;然后将特征向量输入GA-BP网络进行故障类型识别,并且与传统BP网络对比。结果表明,该方法能准确有效地识别出转子实验台的故障类型,使正确识别率明显提高。     

基于峭度与IMF能量融合特征和LS-SVM的齿轮故障诊断研究

针对齿轮振动信号非线性非平稳特性,为避免传统时频方法在表征设备状态时的不足,提出一种基于融合峭度与IMF能量特征和LS-SVM的齿轮故障诊断方法。首先,对齿轮振动信号在EMD分解;然后,提取包含主要故障信息的IMF分量的峭度特征和能量特征,组成融合特征向量;最后,将齿轮正常、齿根裂纹、断齿3种状态下的融合特征向量输入到LS-SVM,通过训练好的LS-SVM对齿轮状态进行分类识别。仿真实验结果表明:该方法能准确识别齿轮的工作状态,且与BP神经网络、SVM相比,有着更高的故障识别效率,可用于齿轮信号的故障诊断。     

基于多元经验模态分解与卷积神经网络的气液两相流流型识别

提出了一种基于多元经验模态分解(MEMD)与卷积神经网络(CNN)的垂直管道气液两相流流型识别方法。该方法基于数字化电阻层析成像(ERT)系统采集的测量数据,预处理后进行MEMD分析,通过求取各分量与原始信号的皮尔逊相关系数选取本征模函数(IMFs)并求解Hilbert边际谱,提取Hilbert边际谱的标准差与均值作为卷积神经网络(CNN)输入以识别流型。结果表明,该方法能够有效识别泡状流、弹状流、段塞流,平均识别准确率可达96.43%。     

基于驱动特性图法的科氏流量计模拟驱动设计

传感器的稳幅振动是科氏质量流量计工作的前提。当被测液体流量中含有气体时,传感器的振动阻尼增大,需要的驱动能量增加。而已有模拟驱动无法及时提供所需能量,致使传感器停振。为此,绘制已有模拟驱动的驱动特性曲线,分析其存在的问题,进而推导新型模拟驱动的驱动特性曲线,设计出能同时工作于单相流和气液两相流下的新型模拟驱动电路。在持续气液两相流和单相流-气液两相流切换下,进行了已有模拟驱动和新型模拟驱动的对比实验。结果表明:新型模拟驱动的驱动稳定性和快速性均优于已有模拟驱动。     

基于近红外面源传感器的气液两相流相含率测量

针对传统近红外点对点探头传感器测量存在盲区、数据精度低等问题,提出并设计了一种基于近红外面源传感器的气液两相流相含率测量装置,并对其进行研究。该装置有效减小了近红外光的折射与反射,提高了测量的精确度。通过CFD流体仿真软件模拟了管道内流体的流动状态,并对该装置的结构进行了仿真及优化。在单相流实验的基础上进行气液两相流动态实验,得到了4路近红外信号与相含率的关系,建立了相含率测量模型,数据导入修正模型分析得到的相含率测量相对误差在±3.5%以内。     

环形管流量计测量气液两相流研究

提出了一种基于环形管流量计的新型气液两相流流量测量方法.设计了多圈环形管流量传感器,通过对多圈环形管的水平直径上和垂直直径上四个差压信号进行分析,建立了不同位置差压信号与总体积流量和总质量流量的关系模型,并由此获得气液两相流的混合密度,实现了气液两相流分相流量的测量.     

科氏质量流量计数字驱动方法研究与实现

基于DDS和MDAC,研究科氏质量流量计数字驱动方法中的频率、相位、幅值跟踪。采用TMS320F28335芯片,研制科氏质量流量变送器,实现驱动方法。配以CMF025型号传感器进行了气 液两相流实验,实验结果表明,研制的变送器在两相流下能够维持流量管的振动并完成流量测量。     

科氏流量计气-液两相流的数值模拟

针对科氏流量计在测量含气-液两相的流体时,流量计随着气体含量的增加,测量稳定性逐步变差的问题,采用流固耦合有限元技术,对科氏流量计进行了模态分析和流固耦合振动分析。作为一个实例,使用该方法模拟气泡含量以及分布对测量稳定性的影响,在气泡含量1%左右时测量相对稳定,气泡含量大于5%时测量稳定性很快变差。     

基于层析成像的气液两相流相关流量测量方法

对电阻层析成像技术和图像的小波纹理特征进行了研究,提出一种基于层析成像的气液两相流相关流量测量方法,实现了液相流量的准确测量。利用电阻层析成像技术和相关算法对不同泡型下的相含率、渡越时间进行检测,得到气相流量;利用小波分析提取出层析成像的流型纹理特征;从而基于BP神经网络建立不同泡型下的气液两相流的相关流量测量模型。实验结果表明,液体流量的测量精度可以达到3%以内。     

基于ANSYS的气液两相流海洋立管流固耦合特性分析

运用ANSYS软件对气液两相流海洋立管进行了流固耦合特性分析,包括模态分析和动力学分析。模态分析研究了有无流固耦合存在时立管振动模态的变化以及流体边界条件对立管固有频率和阵型的影响;同时,将仿真分析同DNV公式求解的固有频率进行了对比验证。动力学分析研究了单、双向流固耦合振动分析,并将单、双向流固耦合进行了对比分析,同时考虑了立管支承方式、流体边界条件对立管振动的影响,提出了立管减振措施。分析结果对海洋立管的优化设计和运行的可靠性提供了重要的理论意义。     

长喉颈文丘里管气液两相流弹状流机理研究

为了实现气液两相流相含率测量并得到相关模型,结合气液两相流研究现状,采用近红外光谱技术与高速摄影技术结合的手段,利用近红外系统布置于长喉颈文丘里管喉管位置的新装置,将弹状流相间流动特征与近红外测量系统接收光强信号特征相结合,提出了把弹状流分成泰勒气泡与尾部气泡两部分的简化模型,在数据处理时对近红外接收光强高频信号进行有效分组,建立了新的气液两相流弹状流相含率测量模型。从一定程度上解决了弹状流不同部位的两相交界面对近红外接收探头接收光强信号影响差异较大的问题。新型模型的测量效果较好,所得结果测量误差较小。     

制冷系统中气液两相流流型识别的研究进展

分析了制冷系统中气液两相流与以往的气-水,油-气-水等多相流在形成原理上的本质区别,即制冷系统中两相流形成的原因是由于制冷剂发生了物态变化,同时列举了现有的流型类型。重点从实验研究,理论研究和信号处理技术三个方面,对国内外制冷系统中气液两相流流型识别研究的进展进行了讨论,最后通过分析以往的研究成果指出了尚需进一步解决的问题。