基于混沌动力结构突变检测方法气液两相流流型识别.doc

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1、基于混沌动力结构突变检测方法气液两相流流型识别罗彤金宁德王金祥天津大学电气自动化工程学院，天津300072[摘要]以混沌突变理论为基础，采用非线性时间序列动力结构突变的检测方法，对垂直上升管中气液两相流电导波动信号进行了检测处理，通过八十种工况下不同时间序列的动力学指数分割计算，识别出了各流型间非线性动力学特征的变化，表明此突变检测方法能有效的辨识气液两相流流型。[关键词]气液两相流混沌突变理论动力学指数分割流型识别Flowpatternidentificationofgas/liquidtwo-phaseflowbaseonchaoti

2、cdynamicstructurecatastrophedetectingmethodLuoTongJinNingdeWangJinxiang（SchoolofElectricalEngineeringandAutomation,TianjinUniversity,Tianjin300072,China）[Abstract]Dealtwithconductancesignalsofgas/liquidtwo-phaseflowpatternsinverticalup-wardpipe,basedonchaoscatastrophetheo

3、ry,withdynamicstructureabruptchangemethodofnonlineartimeseries.Throughcalculatingthedynamicallagcorrelationexponentofdifferenttimeseriesbytheeightyprojects,thenonlineardynamiccharacterizationofdifferentflowpatternsareidentifiedanddemonstratesthatthiscatastrophetestmethodc

4、andiscriminategas/liquidtwo-flowpatternseffectively.[Keywords]gas/liquidtwo-phaseflowhaoscatastrophetheorydynamicalexponentsegmentationflowpatternidentification气液两相流广泛的存在于石油工业、航天以及环境保护技术等领域中，准确检测两相流流型特征对石油输送及计量、仪器设备高效运行和安全可靠起着重要的作用。由于两相流是一个复杂的非线性动力系统，流型多样且相间存在界面效应和相对运动，致使

5、流型辨识难度大，因此，气液两相流流型识别具有重要意义[1-2]。基于非线性信息处理技术的软测量研究两相流参数的方法很多，如小波分析、神经网络等，此外，用混沌理论及分形时间序列辨识两相流流型的方法也日趋增多，以重构相空间为基础，研究相空间动力轨迹的性质，以此进行流型识别，也取得了一定进展[3-5]。以目前的软测量方法研究两相流流型还存在一定的局限性，恰当的选择表征流型的特征量与信息融合等问题有待进一步研究探讨。突变分析是非线性时间序列研究的一个重要方面。突变理论由法国数学家R·Thom在60年代中期提出，它是用拓扑学，奇点理论对不连续现象做

6、出定性研究，即只要系统满足一定条件，就会出现从一种稳定态向另一种稳定态转变，以此来研究系统的状态[6-8]。由于许多实际系统动力过程相当复杂，尤其是气液两相流等领域，各种子系统之间还存在非线性及非平稳性相互作用，这些影响因素或是外部的干扰或自身特性产生，使系统从一个层次向另一层次转化，导致动力学结构发生突变，突变理论给我们提供了一个解决问题的新途径。因此，突变理论自创立至今，已渗透到许多应用领域，成功地解决了许多系统状态突变的复杂难题。如气候异常[9]、地震、煤矿瓦斯爆炸等进行突变检测分析，预防各种灾害的发生；在生物医学中，细胞分裂进化、

7、基因突变、脑神经系统思维和睡眠交替变化的动力结构异同性分析[10]，更深入了解人脑的演化规律；由经济、社会、和自然等构成开放型城市，按突变理论评价来加速城市化发展[11]；近年来，国外混沌突变理论的实际应用广泛，如全球气候变暖对生态经济影响[12]、沙漠蝗虫的繁殖率与自然环境的改变；在工程中应用壳容器输送流体，研制既轻又薄且经济成本低廉的壳体[13]；对低维流速和流量的混沌研究，进一步揭示复杂的水文过程。总之，突变理论从各个方面研究系统的突变过程、状态和结构变化，解释非线性因素决定的本质特性。本文采用混沌突变理论，通过对非线性时间序列的动

8、力学相关因子指数分割，将原序列分割成若干表征不同动力结构的子序列，由于各子序列分别包含了不同层次信息，根据各子序列的动力学差异，认识气液两相流系统的动力学结构突变，最终达到辨识流型。本文是混沌