倾斜及垂直上升管中气液两相流分形标度表征研究

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1、摘要流型识别是两相流测量中一个重要问题。本文采用分形标度方法对动态实验中气液两相流电导测量信号进行处理，结果表明不同流型的特征量有明显区别，可以反映两相流的流动特征规律，相应的特征量可以作为两相流流型识别的有效指示器。本文首先以Weierestrass函数、fgn函数和fbm函数产生非线性分形时间序列为例，讨论了六种分形标度算法对工程中常见的高斯噪声、随机噪声、周期噪声和脉冲噪声的适用性。研究发现，分形标度的消除趋势波动法的鲁棒性强。在此基础上，本文给出了垂直上升管中及倾斜上升管中气水两相流电导波动

2、信号分形标度表征结果。发现在垂直上升管中，水相表观速度0．0453ms一--0．226ms一，气相表观速度O．0043ms‘1~3．43ms0范围内，随着气相表观速度增加，泡状流分形标度最低且表现出随机复杂的动力学行为；段塞流分形标度最高且表现出气塞与液塞周期性交替的运动行为；混状流分形标度介于两者之间且随着气相表观速度增加表现为相对复杂的运动行为。对于倾斜上升气液两相流，泡状流分形标度极高，且随着气相表观速度增加变化很小，表现为相对简单的动力学行为。段塞流分形标度随气相表观速度增加呈现降低趋势，表

3、现为气塞与液塞间歇性减弱的运动行为。研究结果表明：基于电导波动信号的分形标度较好地反映气液两相流流型变化，对理解气液两相流流型动力学演化特性有重要参考价值。关键词：气液两相流分形标度算法评价动力学特性流型表征ABSTRACTTheflowpatternidentificationisallimportantaspectofthetwo—phaseflowmeasurement．Sointhispaperffactalscalealgorithmisusedtodealwiththegas／liqui

4、dtwo-phaseflowconductancefluctuationsignalswhichhavebeengatheredindynamicexperiments．Theresultsshowthatthecharacteristicquantitiesofdifferentflowpatternshavegreatdistinctness，whichreflectstheruleoftheflowcharacterintwo-phaseflow．Hence，correspondingchar

5、acteristicquantitiesCanbeusedastheeffectiveindicatortocharacterizethetwo-phaseflowpatterns．Inthispaper,firstlytheWeierestrassfunction，fgnfunctionandIbmfunctionaretakenasallexampletoproducenonlineartimeseries，andtheapplicabilityoffractalscalealgorithmto

6、thepresenceofGaussnoise，stochasticnoise，periodicnoiseandpulsenoiseisdiscussed．Thestudyshowsthatthede仃endedfluctuationanalysisalgorithmisstrongrobustness．Basedontheconductancefluctuatingsignalsofgas／liquidtwophaseflowinverticalupwardpipeandinclinedupwar

7、dpipe，thecharacterizationoftwophaseflowpatternsareobtained．Theresultoftwophaseflowinverticalupwardpipeindicateswhentherangeofthesuperlicialwatervelocityis0．0453ms～to0．226ms‘1andtherangeofthesuperficialgasvelocityisO．0043ms叶to3．43ms。1thevaluesofthefract

8、alscaleofbubbleflowarelowestandshowveryrandomcomplexdynamicbehavior，thevaluesofslugflowarehighestandshowoscillatingmotionbehaviorofgasslugandliquidslug,andthevaluesofchumflowarebetweenbubbleflowandslugflowandshowcomparablecomplexdynamic