基于EE MD气液两相流差压信号时频分析

为研究气液两相流流动过程的动态特性,采用V形内锥作为测量装置,通过高频差压变送器获得不同流型下的动态信号,提出了一种基于总体平均经验模式分解(EEMD)的气液两相流时频分析方法。通过对不同流型下的气液两相流的差压信号进行分析,研究了气液两相流的流动机理,为气液两相流流型及流量的准确测量奠定理论基础。分析发现EEMD的抗混分解能力很好,可以准确地提取两相流差压信号的频率成分及其时变情况,为今后两相流的识别提供理论基础,具有较高的工程应用价值。     

气液两相流压差波动信号的混沌特性及Volterra自适应短期预测研究

以空气和水为工质，在直径3.0 mm的水平圆管通道内进行压差波动信号实验研究。根据压差波动信号图及高速工业相机拍摄的流型图，结合相空间重构、Lyapunov指数判别法对压差波动信号进行混沌动力学分析，在其基础上对压差波动信号进行Volterra自适应短期预测。结果表明:混沌分析得到的吸引子图可以更准确地展现管道内气液两相流的流动特性；Volterra自适应短期预测模型可以有效地对管道内气液两相流的压差时间序列进行短期预测，对环状流、层状流、间歇流、段塞流的压差时间序列预测的相对误差分别为1.86%、0.71%、3.90%、2.49%。     

基于自适应线性调频小波的多孔孔板气液两相流动态差压信号的时频分析研究

气液两相流在流动过程中表现出非平稳的特性,简单的频域分析或时域分析方法不能很好地分析信号的波动特性,所以引入了时频联合分析方法。时频分析能看到气液两相流差压信号的能量强度和密度的分布,通过多次实验发现泡状流时能量主要分布在10~35Hz 的高频段内,能量强度小;弹状流时能量主要集中分布在0~5Hz 低频段和10~35Hz 高频带内,能量明显增大;塞状流时能量主要集中分布在0~5Hz 低频段内,能量强度是3种流型中最大的。为了研究气液两相流的动态特性,通过多孔孔板流量计在水平管气液两相流中采集得到不同流型的差压信号,采用自适应线性调频小波时频分析方法分析动态差压信号。具体步骤:首先分析信号的分解次数,残余的信号能量低于总信号能量的10%,即可认为被完全分解,对分解后的结果进行分析,得到不同流型的时频分布特征,具有很高的时频分辨率,时频谱图中显示出不同流型分量信号的时频分布特征;然后从时频谱图中提取3个特征值建立三维散点图,图中显示了信号特征值和流型之间的关系,并通过散点图分析不同特征值对气液两相流中信号的流型的影响,达到流型识别的目的。Chirplet 变换具有较高的时频分辨率,能消除噪声的干扰,信号的瞬时频率信息可以清楚地显示出来。     

垂直板上开窗区受限自由膜的形成

液膜是常见的气液接触方式之一,依据单或双自由面可分为壁面膜和自由膜。不同于传统液膜研究,板上开窗或开孔后会同时存在这2种液膜。实验采用了6种液体(Ka数52~3000)和10余种不同尺寸的矩形窗(9~1152mm2),观察了垂直板上下降液膜通过开窗区产生的自由膜流动行为。结果表明,在表面张力、惯性力、重力及黏性力的共同作用下,液体通过开窗区的方式有绕流、过流、偏流和"背流"4种主要形式。随着流量的增加,过流又可以有液滴、液柱、液膜以及它们的组合等丰富流型,同时窗内自由膜在表面张力主导下易受扰动而聚并、破碎,流型呈现多样性和动态性。当流量达到临界值时,窗口内会形成完整稳定的受限自由液膜,呈现板上壁面膜与窗口内受限自由膜交替共存的特殊液膜——孪生液膜。本文关联了临界Re数、Ka数和无量纲几何参数Nx,给出了成膜条件的经验判别式。孪生液膜具有的特殊波列结构、成膜过程的迟滞现象以及2种液膜和固体壁间相互作用引起的多重干扰等,都体现出与传统的壁面液膜和自由液膜不同的流动性质。实验结果将有助于工业过程中开窗和开孔的几何优化,强化传递过程,并进一步丰富传统的液膜研究领域。