基于模態(tài)遷移復雜網(wǎng)絡(luò)的氣液相含率測量及驗證方法
【專利摘要】一種基于模態(tài)遷移復雜網(wǎng)絡(luò)的氣液相含率測量及驗證方法：構(gòu)建模態(tài)遷移復雜網(wǎng)絡(luò)；進行氣液兩相流參數(shù)測量信息計算；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)系測量圖版，實現(xiàn)對氣液兩相流相含率的測量；根據(jù)所繪的測量圖版，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力學關(guān)系，揭示氣液兩相流流型演化動力學機制。驗證方法是采用四扇區(qū)分布式電導傳感器進行驗證。本發(fā)明提出了一種多元時間序列模態(tài)遷移復雜網(wǎng)絡(luò)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(tài)遷移復雜網(wǎng)絡(luò)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(tài)遷移復雜網(wǎng)絡(luò)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】基于模態(tài)遷移復雜網(wǎng)絡(luò)的氣液相含率測量及驗證方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)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于模態(tài)遷移復雜網(wǎng)絡(luò)的氣液相含率測量及驗證方法。

【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40年代 后期，由于動力工程、化學工程、石化工程、原子能工程、航天工程以及環(huán)境保護工程的興起 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)學科。流型是影 響流動參數(shù)準確測量的重要因素，氣液兩相流流型復雜多變，其流型生成演化動力學機制 異常復雜，導致兩相流參數(shù)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(tài) 之間的相互作用是兩相流體力學的主要研究內(nèi)容之一。兩相流相含率測量技術(shù)主要包括電 導法、電容法、光學法和射線法等。由于電導傳感器具有原理清晰、結(jié)構(gòu)簡單、響應(yīng)穩(wěn)定等諸 多優(yōu)點，已廣泛地應(yīng)用于多相流參數(shù)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(jié)構(gòu)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] 復雜網(wǎng)絡(luò)理論屬當今世界交叉學科前沿研究領(lǐng)域。近年來，基于觀測數(shù)據(jù)的復雜 網(wǎng)絡(luò)建模研究得到了來自不同學科領(lǐng)域?qū)W者們的廣泛關(guān)注，研究表明復雜網(wǎng)絡(luò)理論不僅可 以用于挖掘包含在非線性時間序列中的重要信息，同時也可用于研究理論模型所不能精確 描述的復雜非線性動力學系統(tǒng)。一元時間序列復雜網(wǎng)絡(luò)研究已取得較大進展，但多元時間 序列復雜網(wǎng)絡(luò)研究理論仍相當有限，仍主要集中在基于時間序列相關(guān)性分析的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建模 式上且其要求時間序列數(shù)量足夠多以此為節(jié)點構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)，在非腦電信號分析領(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)遷移復雜網(wǎng)絡(luò)的氣液相含率測 量及驗證方法，通過建立模態(tài)遷移復雜網(wǎng)絡(luò)對多元信息進行融合，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)特征指標并進行歸一化處理，繪 制相含率線性關(guān)系測量圖版，實現(xiàn)對氣液兩相流相含率的測量。
[0005] 本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種基于模態(tài)遷移復雜網(wǎng)絡(luò)的氣液相含率測量方 法，包括如下階段：
[0006] 1)構(gòu)建模態(tài)遷移復雜網(wǎng)絡(luò)，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征的電壓測量信號即多元時間序 列，其中S為大于0的整數(shù)；
[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)對于任意兩個窗口的η點時間序列用X和Y時間序列即

【權(quán)利要求】
1. 一種基于模態(tài)遷移復雜網(wǎng)絡(luò)的氣液相含率測量方法，其特征在于，包括如下階段： 1)構(gòu)建模態(tài)遷移復雜網(wǎng)絡(luò)，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征的電壓測量信號即多元時間序列，其 中S為大于0的整數(shù)； (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) 對于任意兩個窗口的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(guān)系數(shù)：
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于模態(tài)遷移復雜網(wǎng)絡(luò)的氣液相含率測量方法，其特征在 于，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(jù)權(quán)利要求1所述的基于模態(tài)遷移復雜網(wǎng)絡(luò)的氣液相含率測量方法，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)的導出是， 設(shè)與節(jié)點i連接的節(jié)點個數(shù)為m，網(wǎng)絡(luò)中所有的結(jié)點個數(shù)為N，節(jié)點i到節(jié)點j連邊的 權(quán)重為Wu，即節(jié)點i到節(jié)點j的轉(zhuǎn)化次數(shù)，節(jié)點的聚集系數(shù)反映了該節(jié)點與鄰接點之間相 互關(guān)聯(lián)的程度，由于相關(guān)性波動網(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)進行計算， 定義為：
這里〇ab是節(jié)點a到節(jié)點b的最短路徑的數(shù)目，是這些最短路徑中經(jīng)過節(jié)點i 的最短路徑數(shù)目。這里最短路徑的意義是兩節(jié)點之間權(quán)重值最小。一個節(jié)點的LBC越大說 明這個節(jié)點在這個局部網(wǎng)絡(luò)中越重要。整個模態(tài)遷移網(wǎng)絡(luò)的LBC就是所有N個節(jié)點的L(g 的平均值。
5. -種用于權(quán)利要求1所述的基于模態(tài)遷移復雜網(wǎng)絡(luò)的氣液相含率測量方法的驗證 方法，其特征在于，采用四扇區(qū)分布式電導傳感器，所述的四扇區(qū)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(nèi)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(huán)，弧形環(huán)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(nèi)壁面，四個激勵電極位于垂直 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，四個測量電極位于 垂直上升管道內(nèi)、低于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(xù)圓環(huán)狀，其中每對電極上下平行設(shè)置；每個電極還包括一段連接在所述弧形環(huán)上 的柱形導體，用于信號的輸入與輸出；每個電極在管道內(nèi)的靈敏度區(qū)域為一個扇形，每個電 極呈T型，由鈦合金制成；具體實驗方法是，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，當完成一次氣液兩相流配比之后，待氣液兩相流流動結(jié)構(gòu)穩(wěn)定后，采用 四扇區(qū)分布式電導傳感器對氣液兩相流進行測量，并同時用高速動態(tài)攝像儀記錄圖像，高 速動態(tài)攝像儀圖像用于定義流型，實驗的采樣頻率為4kHz，采樣時間為30s，數(shù)據(jù)采集結(jié)束 后，增加氣相流量，按上述過程進行測量直至該水量下所設(shè)計的工況都測量完成，完成一組 水量測量后，增加水相流量，重復以上過程完成下一輪測量；水相和氣相的流速范圍均為 0. 1?2m/s ;基于實驗多元測量信號，采用多元相空間復雜網(wǎng)絡(luò)進行信息融合，實現(xiàn)對不同 氣液流型的辨識，并計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 最短路徑復雜網(wǎng)絡(luò)特征指標，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)系測量圖版，實現(xiàn)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(gòu)建模態(tài)遷移復雜網(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 動力學關(guān)系，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(yōu)先權(quán)日:2014年5月27日
【發(fā)明者】高忠科, 金寧德, 丁美雙 申請人:天津大學