管束间压差波动信号的混沌特性研究.pdf

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1、第3O卷第6期东北电力大学学报VoI．30．No．6JournalOfNortheastDianliUniversityDee．，20102010年12月文章编号：1005—2992(2010)06-0015—05管束间压差波动信号的混沌特性研究秦子明，李丰泉2(1．内蒙古国电能源投资有限公司呼伦贝尔煤电项目筹建处，内蒙古呼伦贝尔021008；2．内蒙古电力科学研究院，内蒙古呼和浩特010020)摘要：以空气一水为实验介质，采集了不同流型工况下气液两相流体向上横掠水平管束时的压差波动信号，将每～组压差信号作为一组时间序列，对其进行混沌特性分析，包括关联维数的求取与HURST指数的分析。结果表

2、明，空气一水向上横掠水平管束的压差波动信号具有混沌特征，能够用来表征气液两相流的典型流型。关键词：压差信号；关维数；HURST指数；混沌特性中图分类号：O359文献标识码：A气液两相流系统是一个存在复杂相间作用的非线性系统，近年来基于昆沌及分形时间序列分析的流型识别研究成果日趋增多⋯，对两相流压差波动信号进行非线性动力学特性混沌特性分析，有助于复杂的且很难用数学模型精确描述的两相绕流流流型转化机理的揭示及理解。金宁德对气液两相流电导波动信号进行混沌特性分析，并着重对几种延迟时间的计算方法进行了对比，较好地表征气液两相流流型的行为变化；孙斌I5J、周云龙对气液两相流压差波动信号进行混沌特性分析

3、，重点应用HURST指数对管内两相流流动变化进行解释，取得了较好的效果。本文对垂直向上横掠水平管束时的几种典型的压差波动信号，进行确定性混沌特性分析，重点应用关联维和HURST指数对流型的变化进行阐述，取得了较好的气液两相流流型特征的混沌表征效果。1理论及计算1。1关维数对于相空间中的N+-点中，点对之间距离小于r的点对占总点数的比例为c，则c(r)=—1∑∑H(r一『I一xj∽，其中H为Hevaiside函数；fI一fi为与的欧氏距离。则关维数D为定义为D=limlogr．(、1)1。2HURST指数计算HURST指数的方法很多，如频谱分析法，R／S分析法等。最常用的是R／S分析法。HUR

4、ST指数日可通过以下步骤计算得到。设采集的灰度波动时间序列为(t)(f=1，2，⋯，)，令(￡)：∑()则极差R(￡，r)可表示为收稿日期：2010一10—15作者简介：秦子明(1970一)，男，内蒙古国电能源投资有限公司呼伦贝尔煤电项目筹建处工程师16东北电力大学学报第3O卷式(2)，尺(t，．r)=(2)标准偏差S(t，)可由式(4)表示．s，丁=÷薹x2(配，一[萎t+Tc]，(3)则R(t，l{．r耋)／5(吾￡童一，)与．r存在式(4)的关系E()，(4)式(4)中+，(簧+碧)表示同一r下对不同初始时刻取平均值，这样可以消除不同初始时刻的端效一一应对统计计算的影响。回归logE(

5、簧鲁碧)～loga"关系中直线部分的斜率，可以求得HuRsT指数日。一一2实验系统及装置—r一下实验是在空气一水两相流系统上完成的。实验装置如图1所示。该实验装置包括两部分，流体控制系统和动态+数据+采集系统。流体控制系统主要有两相混合器、空气压缩机、水泵、水箱、旋风分离器及实验段组成。来自水箱中的水经过离心式水泵的输送作用，经过旁路调节和调节阀门后在混合器中混一一合，后进行压差信号采集后进人旋风分离器，将空气一水分离，水流回水箱继续循环使用，空气分离后排人大气。动态数据采集系统有压差变送器、恒压直流电源和数据采集仪组成。采集仪是IDTS-4516U型16通道数据采集一系统。，压差信号测量采

6、用Rosemount3051S电容式差压变送器，测量精度0．05％。实验数据的采集频率256Hz，采集时间为8s。00000o000000o0000o00o00oo00o00ooooo0000000o00o0o00oo00000o0oP／D；1．8P／DI．3计■矶图1实验原理图图2测试段管柬布置图2为实验测试段的管束布置。测试段为l0表1试验参数mm厚的有机玻璃板制成的长度为700mm，截面实验参数范围为180mmX65mm的矩形通道，节距比P／D分别压力／MPa0．1～O．3为1．3和1．8。管直径D=20mm，两圆柱间距P温度／℃10—25折算水流量(m／s)O．O1～O．4分别为36

7、mm和26mm。管束采用顺列方式布折算气流量(rrI／s)0．0l1．1置。表1为实验参数范围。通过调节水流量和气流量控制阀改变试验工况。图3为采集的某一工况两种节距比管束的压差波动信号。第6期秦q-ql等：管束间压差波动信号的混沌特性研究17329283耋2．82632．5232．g28∞2．72．62．52．5量21．5I!．。，：．1采样点数图3压差波动信号3HURST指数与关联维对流型的分析3．1关联