基于模態(tài)遷移復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的氣液相含率測(cè)量及驗(yàn)證方法
【專利摘要】一種基于模態(tài)遷移復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的氣液相含率測(cè)量及驗(yàn)證方法：構(gòu)建模態(tài)遷移復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)；進(jìn)行氣液兩相流參數(shù)測(cè)量信息計(jì)算；繪制有向加權(quán)聚集系數(shù)、局部中介度和平均最短路徑與相含率線性關(guān)系測(cè)量圖版，實(shí)現(xiàn)對(duì)氣液兩相流相含率的測(cè)量；根據(jù)所繪的測(cè)量圖版，分析有向加權(quán)聚集系數(shù)、局部中介度和平均最短路徑與流型演化動(dòng)力學(xué)關(guān)系，揭示氣液兩相流流型演化動(dòng)力學(xué)機(jī)制。驗(yàn)證方法是采用四扇區(qū)分布式電導(dǎo)傳感器進(jìn)行驗(yàn)證。本發(fā)明提出了一種多元時(shí)間序列模態(tài)遷移復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)方法對(duì)兩相流分布式電導(dǎo)傳感器測(cè)量信號(hào)進(jìn)行信息融合；多元時(shí)間序列模態(tài)遷移復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)信息融合方法可有效辨識(shí)不同氣液兩相流流型；多元時(shí)間序列模態(tài)遷移復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)信息融合方法的驗(yàn)證可獲得很好的相含率測(cè)量效果。
【專利說明】基于模態(tài)遷移復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的氣液相含率測(cè)量及驗(yàn)證方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種氣液兩相流測(cè)量信息融合方法。特別是涉及一種針對(duì)氣液兩相流 分布式電導(dǎo)傳感器測(cè)量信號(hào)的基于模態(tài)遷移復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的氣液相含率測(cè)量及驗(yàn)證方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 氣液兩相流的研究是隨著工業(yè)技術(shù)的需要而發(fā)展起來的。特別是本世紀(jì)40年代 后期，由于動(dòng)力工程、化學(xué)工程、石化工程、原子能工程、航天工程以及環(huán)境保護(hù)工程的興起 和發(fā)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(yīng)用基礎(chǔ)學(xué)科。流型是影 響流動(dòng)參數(shù)準(zhǔn)確測(cè)量的重要因素，氣液兩相流流型復(fù)雜多變，其流型生成演化動(dòng)力學(xué)機(jī)制 異常復(fù)雜，導(dǎo)致兩相流參數(shù)測(cè)量十分困難。氣液兩相流的宏觀運(yùn)動(dòng)以及它與其它運(yùn)動(dòng)狀態(tài) 之間的相互作用是兩相流體力學(xué)的主要研究?jī)?nèi)容之一。兩相流相含率測(cè)量技術(shù)主要包括電 導(dǎo)法、電容法、光學(xué)法和射線法等。由于電導(dǎo)傳感器具有原理清晰、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、響應(yīng)穩(wěn)定等諸 多優(yōu)點(diǎn)，已廣泛地應(yīng)用于多相流參數(shù)測(cè)量中。兩相流分布式傳感器是由安裝在測(cè)量管道上 的多對(duì)測(cè)量電極組成，其可有效測(cè)取局部流動(dòng)結(jié)構(gòu)信息，分布式傳感器多元測(cè)量信號(hào)不僅 包含氣相含率信息，同時(shí)還蘊(yùn)含著豐富的流型演化非線性動(dòng)力學(xué)信息。
[0003] 復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論屬當(dāng)今世界交叉學(xué)科前沿研究領(lǐng)域。近年來，基于觀測(cè)數(shù)據(jù)的復(fù)雜 網(wǎng)絡(luò)建模研究得到了來自不同學(xué)科領(lǐng)域?qū)W者們的廣泛關(guān)注，研究表明復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論不僅可 以用于挖掘包含在非線性時(shí)間序列中的重要信息，同時(shí)也可用于研究理論模型所不能精確 描述的復(fù)雜非線性動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)。一元時(shí)間序列復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)研究已取得較大進(jìn)展，但多元時(shí)間 序列復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)研究理論仍相當(dāng)有限，仍主要集中在基于時(shí)間序列相關(guān)性分析的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建模 式上且其要求時(shí)間序列數(shù)量足夠多以此為節(jié)點(diǎn)構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)，在非腦電信號(hào)分析領(lǐng)域的應(yīng)用上 存在較大局限性。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種基于模態(tài)遷移復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的氣液相含率測(cè) 量及驗(yàn)證方法，通過建立模態(tài)遷移復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)對(duì)多元信息進(jìn)行融合，提取與相含率具有線性 關(guān)系的有向加權(quán)聚集系數(shù)、局部中介度、平均最短路徑網(wǎng)絡(luò)特征指標(biāo)并進(jìn)行歸一化處理，繪 制相含率線性關(guān)系測(cè)量圖版，實(shí)現(xiàn)對(duì)氣液兩相流相含率的測(cè)量。
[0005] 本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種基于模態(tài)遷移復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的氣液相含率測(cè)量方 法，包括如下階段：
[0006] 1)構(gòu)建模態(tài)遷移復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，包括如下步驟：
[0007] (1)獲得S組長(zhǎng)度均為P的反映流體局部流動(dòng)特征的電壓測(cè)量信號(hào)即多元時(shí)間序 列，其中S為大于0的整數(shù)；
[0008] (2)用包含子時(shí)間序列的移動(dòng)窗口分割由S組等長(zhǎng)度的電壓測(cè)量信號(hào)組成的多元 時(shí)間序列；
[0009] (3)對(duì)于任意兩個(gè)窗口的η點(diǎn)時(shí)間序列用X和Y時(shí)間序列即

【權(quán)利要求】
1. 一種基于模態(tài)遷移復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的氣液相含率測(cè)量方法，其特征在于，包括如下階段： 1)構(gòu)建模態(tài)遷移復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，包括如下步驟： (1) 獲得S組長(zhǎng)度均為P的反映流體局部流動(dòng)特征的電壓測(cè)量信號(hào)即多元時(shí)間序列，其 中S為大于0的整數(shù)； (2) 用包含子時(shí)間序列的移動(dòng)窗口分割由S組等長(zhǎng)度的電壓測(cè)量信號(hào)組成的多元時(shí)間 序列； (3) 對(duì)于任意兩個(gè)窗口的η點(diǎn)時(shí)間序列用X和Y時(shí)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(jì)算每一對(duì)子時(shí)間序列的相 關(guān)系數(shù)：
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于模態(tài)遷移復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的氣液相含率測(cè)量方法，其特征在 于，階段1)中的步驟（2)所述的包含子時(shí)間序列的移動(dòng)窗口的滑動(dòng)步長(zhǎng)是p，每個(gè)窗口的長(zhǎng) 度為n，得到P-n+p個(gè)窗口。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于模態(tài)遷移復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的氣液相含率測(cè)量方法，其特征在 于，階段2)中的步驟（1)所述的有向加權(quán)聚集系數(shù)的導(dǎo)出是， 設(shè)與節(jié)點(diǎn)i連接的節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)為m，網(wǎng)絡(luò)中所有的結(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)為N，節(jié)點(diǎn)i到節(jié)點(diǎn)j連邊的 權(quán)重為Wu，即節(jié)點(diǎn)i到節(jié)點(diǎn)j的轉(zhuǎn)化次數(shù)，節(jié)點(diǎn)的聚集系數(shù)反映了該節(jié)點(diǎn)與鄰接點(diǎn)之間相 互關(guān)聯(lián)的程度，由于相關(guān)性波動(dòng)網(wǎng)絡(luò)為加權(quán)網(wǎng)絡(luò)，因此采用加權(quán)聚集系數(shù)C w(i)進(jìn)行計(jì)算， 定義為：
這里〇ab是節(jié)點(diǎn)a到節(jié)點(diǎn)b的最短路徑的數(shù)目，是這些最短路徑中經(jīng)過節(jié)點(diǎn)i 的最短路徑數(shù)目。這里最短路徑的意義是兩節(jié)點(diǎn)之間權(quán)重值最小。一個(gè)節(jié)點(diǎn)的LBC越大說 明這個(gè)節(jié)點(diǎn)在這個(gè)局部網(wǎng)絡(luò)中越重要。整個(gè)模態(tài)遷移網(wǎng)絡(luò)的LBC就是所有N個(gè)節(jié)點(diǎn)的L(g 的平均值。
5. -種用于權(quán)利要求1所述的基于模態(tài)遷移復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的氣液相含率測(cè)量方法的驗(yàn)證 方法，其特征在于，采用四扇區(qū)分布式電導(dǎo)傳感器，所述的四扇區(qū)分布式電導(dǎo)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(duì)電極，垂直上升管道（G)的內(nèi)徑為R，每對(duì) 電極均包括一個(gè)安裝在垂直上升管道上端的激勵(lì)電極（E A、EB、EC、ED)和一個(gè)安裝在垂直上 升管道下端的測(cè)量電極（M A、MB、M。、MD)，每對(duì)電極之間的距離為D，每一個(gè)電極的厚度為H， 四對(duì)電極中的每個(gè)電極包括一段弧形環(huán)，弧形環(huán)的張角為Θ，且每個(gè)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(nèi)壁面，四個(gè)激勵(lì)電極位于垂直 上升管道內(nèi)的同一高度上，且彼此之間均勻間隔分布，呈非連續(xù)圓環(huán)狀，四個(gè)測(cè)量電極位于 垂直上升管道內(nèi)、低于四個(gè)激勵(lì)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(xù)圓環(huán)狀，其中每對(duì)電極上下平行設(shè)置；每個(gè)電極還包括一段連接在所述弧形環(huán)上 的柱形導(dǎo)體，用于信號(hào)的輸入與輸出；每個(gè)電極在管道內(nèi)的靈敏度區(qū)域?yàn)橐粋€(gè)扇形，每個(gè)電 極呈T型，由鈦合金制成；具體實(shí)驗(yàn)方法是，在管道中通入一定流量的水量，然后在管道中 逐漸增加氣相流量，當(dāng)完成一次氣液兩相流配比之后，待氣液兩相流流動(dòng)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定后，采用 四扇區(qū)分布式電導(dǎo)傳感器對(duì)氣液兩相流進(jìn)行測(cè)量，并同時(shí)用高速動(dòng)態(tài)攝像儀記錄圖像，高 速動(dòng)態(tài)攝像儀圖像用于定義流型，實(shí)驗(yàn)的采樣頻率為4kHz，采樣時(shí)間為30s，數(shù)據(jù)采集結(jié)束 后，增加氣相流量，按上述過程進(jìn)行測(cè)量直至該水量下所設(shè)計(jì)的工況都測(cè)量完成，完成一組 水量測(cè)量后，增加水相流量，重復(fù)以上過程完成下一輪測(cè)量；水相和氣相的流速范圍均為 0. 1?2m/s ;基于實(shí)驗(yàn)多元測(cè)量信號(hào)，采用多元相空間復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信息融合，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同 氣液流型的辨識(shí)，并計(jì)算與相含率具有線性關(guān)系的有向加權(quán)聚集系數(shù)、局部中介度和平均 最短路徑復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)特征指標(biāo)，繪制有向加權(quán)聚集系數(shù)、局部中介度和平均最短路徑與相含 率線性關(guān)系測(cè)量圖版，實(shí)現(xiàn)對(duì)氣液兩相流相含率的測(cè)量；分布式電導(dǎo)傳感器測(cè)量的多元電 壓信號(hào)構(gòu)建模態(tài)遷移復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，通過有向加權(quán)聚集系數(shù)、局部中介度和平均最短路徑與相 含率線性關(guān)系測(cè)量圖版，分析有向加權(quán)聚集系數(shù)、局部中介度和平均最短路徑與流型演化 動(dòng)力學(xué)關(guān)系，揭示氣液兩相流流型演化動(dòng)力學(xué)機(jī)制。
【文檔編號(hào)】G01N27/04GK104049000SQ201410229118
【公開日】2014年9月17日 申請(qǐng)日期:2014年5月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月27日
【發(fā)明者】高忠科, 金寧德, 丁美雙 申請(qǐng)人:天津大學(xué)