【摘要】：兩相流廣泛地存在于工業(yè)生產(chǎn)過程中,其流動過程具有的動態(tài)性、非平衡性和復(fù)雜性,使得以近平衡態(tài)假設(shè)、線性化處理為前提研究兩相流動問題的方法,還未能對其演化動力學特性取得清楚的認識。因此,需要引入新的研究方法對兩相流的動力學特性及其演化規(guī)律進行研究。復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)作為一種研究復(fù)雜系統(tǒng)的方法和工具,不僅可以對蘊含在兩相流流態(tài)時間序列中的重要信息特征進行探尋,而且還可以對無法通過理論模型準確描述的復(fù)雜非線性的兩相流動力學系統(tǒng)進行研究。本文以垂直上升管內(nèi)氣液兩相流為研究對象,在采集氣液兩相流壓差波動時間序列的基礎(chǔ)上,以復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論研究了氣液兩相流態(tài)、流態(tài)演化及氣泡聚并機制等問題,并基于此對氣液兩相流動力學特性開展了研究。論文研究取得的工作成果如下：1.針對垂直上升管內(nèi)氣液兩相流動特征,提出了一種基于壓差波動時間序列相似性的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建方法。通過經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解對氣液兩相流的壓差波動時間序列的能量特征的提取,獲得了不同流型在不同時間尺度下的能量分布。在構(gòu)建垂直上升管內(nèi)空氣-水兩相流流態(tài)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上,提出了一種基于AP聚類的社團結(jié)構(gòu)劃分方法,并通過該方法對垂直上升管內(nèi)空氣-水兩相流的流態(tài)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)社團結(jié)構(gòu)進行了分析,獲得了流態(tài)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)中社團與不同流型的對應(yīng)關(guān)系,從而識別出垂直上升管內(nèi)包括過渡流型在內(nèi)的五種流型。2.針對氣液兩相流流態(tài)演化過程的非穩(wěn)態(tài)、非平衡及復(fù)雜性等特征,提出了一種垂直上升管內(nèi)流態(tài)演化復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建方法。以垂直上升管內(nèi)空氣-水兩相流動為研究對象,基于氣液兩相流流態(tài)演化過程動態(tài)遷移的相似性,構(gòu)建并分析了對應(yīng)于不同流型的流態(tài)演化復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)。發(fā)現(xiàn)垂直上升管內(nèi)氣液兩相流的流態(tài)演化復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)呈現(xiàn)出明顯的無標度性和小世界性,不同流型對應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)呈現(xiàn)出不同的社團結(jié)構(gòu),并且網(wǎng)絡(luò)的統(tǒng)計量與流型的演化過程相吻合,較好地揭示了垂直上升管內(nèi)氣液兩相流流態(tài)演化的動力學特性。3.為了揭示氣液兩相流中氣泡的聚并機制及其在相空間中的動力學特性,在相空間重構(gòu)的基礎(chǔ)上提出了一種基于關(guān)聯(lián)維的相空間復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建方法。進而構(gòu)建了流型相空間復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)。通過對不同動力系統(tǒng)對應(yīng)的相空間復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)動力學特性的分析,發(fā)現(xiàn)在相空間不穩(wěn)定周期軌道的吸引作用下,混沌動力系統(tǒng)對應(yīng)的相空間復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)呈現(xiàn)出明顯的小世界性,其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和統(tǒng)計參數(shù)與原系統(tǒng)的相空間動力學特性關(guān)系密切。在此基礎(chǔ)上,通過分析垂直上升管內(nèi)氣液兩相流的泡狀流、塞狀流和混狀流對應(yīng)的流型相空間復(fù)雜網(wǎng)絡(luò),發(fā)現(xiàn)流型相空間復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與垂直上升管內(nèi)氣液兩相流的流動結(jié)構(gòu)之間存在內(nèi)在聯(lián)系,并且網(wǎng)絡(luò)密度對氣泡的聚并現(xiàn)象比較敏感。流型相空間復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)密度可以較好地分析不同流型相空間中不穩(wěn)定周期軌道的吸引特性,為揭示氣液兩相流中氣泡的聚并機制提供了新視角。
[Abstract]:......
【學位授予單位】：大連理工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：O359.1;O157.5

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本文編號：2331602