【摘要】：多相混輸工況下,往復式混輸泵腔內復雜的多相流流動與進出口單向閥的無規(guī)則運動之間的相互作用,使得泵腔瞬時流量呈現(xiàn)迅速的強非線性、動態(tài)、多階特性。由此產生的強烈瞬時流量脈動,引發(fā)了劇烈的管路壓力脈動及振動,嚴重影響了泵的穩(wěn)定運行,屬往復式混輸泵亟待解決的難題之一。然而,鑒于仍處于探索階段的閥隙多相流流動機理,至今仍不能較準確地建立描述瞬時流量特性與混輸工況間相互關系的機理和數(shù)值模型,無法為往復式混輸泵的設計提供最直接的理論與技術依據(jù),以有效減小瞬時流量脈動。數(shù)據(jù)驅動建模方法已廣泛的應用于時變非線性系統(tǒng)的建模。然而,局限于現(xiàn)有的多相流參數(shù)測試技術,采用從大量實驗數(shù)據(jù)中獲取有用信息的傳統(tǒng)學習方法,提高數(shù)據(jù)驅動經(jīng)驗模型的預測性能十分困難。同時,對于復雜的多相混輸過程,基于少量的建模樣本,單一的數(shù)據(jù)驅動經(jīng)驗模型,也很難捕捉所有樣本的重要信息。因此,文中以往復式混輸泵為研究對象,對其瞬時流量特性建模和預測方面存在的問題進行研究,利用高斯過程回歸(GPR)模型及其提供的概率信息,開發(fā)簡單、有效、適合工業(yè)應用的小樣本混合概率建模方法。主要研究工作包括:(1)整合計算流體動力學(CFD)暫態(tài)模型和GPR經(jīng)驗模型的優(yōu)勢,提出一種集成概率混合建模方法,實現(xiàn)了往復式混輸泵泵腔瞬時流量特性的建模和預測。實驗結果表明,該方法可替代耗時的CFD設計過程,簡單有效地選擇較好的CFD暫態(tài)模型,克服CFD建模對設計者經(jīng)驗的依賴;也可用被選CFD模型提供的建模數(shù)據(jù),架構合適的GPR模型,實現(xiàn)新工況下泵腔瞬時流量特性的在線預測。(2)基于兩種不同的概率指標,提出一種自適應混合概率建模和預測方法,能自動地為預測樣本從幾種局部GPR模型和即時GPR模型中選擇合適的預測模型。實驗驗證,基于有限的建模樣本,該方法能有效利用各種模型的本質特性,更好地捕捉泵腔排出瞬時流量特性曲線的不同階段及階間暫態(tài)復雜特性。(3)提出一種集成GPR概率信息和過程知識的混合概率建模方法,實現(xiàn)了泵腔排出瞬時流量特性曲線的分階段建模。該方法利用GPR模型提供的概率信息,先自動地將獲得的初始泵腔排出瞬時流量預測曲線分割成不同階段,而后整合混輸泵的過程知識,采用不同的方法實現(xiàn)分階段局部建模。實驗驗證,跟自適應混合概率建模方法相比,該方法以一種更簡單有效的方式,更準確描述了復雜過程的不同階段和階間暫態(tài)特性。(4)提出兩種融合主動學習的GPR混合概率建模方法,以指導實驗獲取有價值的少量建模樣本,實現(xiàn)往復式混輸泵泵腔瞬時流量特性的預測。實驗結果表明,跟基于隨機選取樣本訓練GPR模型的傳統(tǒng)方法相比,文中提出的基于方差和相對方差準則選取重要樣本的兩種主動學習方法,均以更少的樣本,取得了更好的學習和預測性能。進一步,由于基于相對方差的主動學習,同時考慮了樣本的個體特性、樣本間的動態(tài)特性,能更簡單有效地應用于工程。(5)設計一套功能較為完善的往復式混輸泵性能測試系統(tǒng),為本文提出的瞬時流量特性混合概率模型提供穩(wěn)定可靠的建模數(shù)據(jù),并驗證提出的建模方法的有效性。同時,該測試系統(tǒng)也可用于往復式混輸泵產品廠內性能測試和出廠性能檢驗。
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高斯過程回歸逡逑１．１多相混輸工藝概述逡逑石油開采中，油井產出物往往伴隨有天然氣、水、沙等多相介質。圖１．１所逡逑示的傳統(tǒng)油氣分輸工藝技術，利用集中處理平臺進行油、氣、水各相分離后，再逡逑由泵和壓縮機實現(xiàn)油和天然氣的獨立輸送。逡逑輸氣管道產距，

本文編號：2674095