本文關(guān)鍵詞：氣液兩相流動(dòng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜性分析，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：兩相/多相流廣泛存在于自然界及石油化工、能源動(dòng)力、航空航天、生物醫(yī)藥、食品加工等工業(yè)過程中。由于其相間的相互作用及隨機(jī)可變的相界面分布,形成了兩相/多相流復(fù)雜的非線性、非平穩(wěn)性特征,以及復(fù)雜的時(shí)間演化和空間分布特征,使得兩相/多相流的研究十分復(fù)雜和困難。采用傳統(tǒng)的研究、分析方法至今無法準(zhǔn)確描述兩相/多相流的流型演化機(jī)理及動(dòng)力學(xué)特性等問題。兩相/多相流的復(fù)雜性是其非線性及非穩(wěn)定性的本質(zhì)特征,復(fù)雜性理論的提出為研究?jī)上?多相流動(dòng)特性提供了新思路和新途徑。課題研究工作以水平管氣液兩相流為對(duì)象,在采集流動(dòng)過程的平均及局部流場(chǎng)電導(dǎo)陣列傳感器測(cè)試信號(hào)的基礎(chǔ)上,分別從混沌特性、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜性、多尺度復(fù)雜性角度,對(duì)兩相流的復(fù)雜性進(jìn)行討論和分析。同時(shí),基于熵測(cè)度和非平衡理論構(gòu)建兩相流復(fù)雜性模型,研究定量分析兩相流復(fù)雜性的方法。論文主要研究工作包括:(1)在對(duì)氣液兩相流動(dòng)過程特性及測(cè)試信號(hào)特點(diǎn)分析的基礎(chǔ)上,對(duì)兩相流在相空間中的混沌特性及基于0-1混沌測(cè)試方法的非相空間中的混沌特性進(jìn)行了討論,驗(yàn)證了兩相流是一個(gè)混沌系統(tǒng),從而為研究?jī)上嗔鞯膹?fù)雜性提供理論基礎(chǔ)。(2)針對(duì)氣液兩相流在頻域上的結(jié)構(gòu)復(fù)雜性,提出一種基于頻帶因子和傅里葉功率譜熵的多尺度頻譜熵研究?jī)上嗔鞯慕Y(jié)構(gòu)復(fù)雜性的方法。通過頻帶因子的滑動(dòng),改變信號(hào)的分析頻率,計(jì)算不同頻帶因子下的功率譜熵,進(jìn)而分析兩相流的頻率結(jié)構(gòu)及功率譜隨著頻帶因子的改變發(fā)生的變化。通過分析波狀流、塞狀流和彈狀流3種流型的多頻帶譜熵,發(fā)現(xiàn)3種流型的電導(dǎo)波動(dòng)信號(hào)隨著頻帶因子的不同表現(xiàn)出相異的多頻帶譜熵特征,能有效指示3種流型的結(jié)構(gòu)復(fù)雜性變化。多頻帶譜熵平均值具有較強(qiáng)的流型識(shí)別能力,為流型識(shí)別提供一種新的準(zhǔn)則。(3)針對(duì)氣液兩相流動(dòng)結(jié)構(gòu)具有多尺度及多樣性,提出一種基于粗�；^程和譜熵結(jié)合的多尺度譜熵研究?jī)上嗔鞫喑叨葟?fù)雜性的算法,該算法將兩相流波動(dòng)信號(hào)中的頻率成分從高頻到低頻逐漸濾除后分析兩相流在不同頻率尺度上的頻率結(jié)構(gòu)或頻譜分布的復(fù)雜性,并將其用于泡狀流、塞狀流和彈狀流的多尺度復(fù)雜性分析。研究發(fā)現(xiàn),3種流型中泡狀流頻域能量譜結(jié)構(gòu)最復(fù)雜,所含頻率成分多,頻域復(fù)雜度高;而塞狀流頻域結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單,復(fù)雜性最低。與兩相流的小波能量熵和基于EMD分解的IMF能量熵相比,多尺度譜熵對(duì)于具有不同流動(dòng)動(dòng)力學(xué)特性的兩相流型具有更高的識(shí)別能力,能夠有效分析兩相流的復(fù)雜性。(4)針對(duì)氣液兩相流流動(dòng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜性定量分析方法問題,將熵測(cè)度與統(tǒng)計(jì)理論相結(jié)合,提出基于排列熵和Tsallis熵的兩相流復(fù)雜性模型,并利用離差加權(quán)法修正模型中的非平衡度。以Logistic映射為例驗(yàn)證了兩相流復(fù)雜性模型用于分析非線性系統(tǒng)復(fù)雜性的可行性和有效性;將兩相流復(fù)雜性模型用于定量分析泡狀流、塞狀流和彈狀流的復(fù)雜度,研究結(jié)果表明兩種復(fù)雜性模型都能較好反映兩相流的統(tǒng)計(jì)復(fù)雜度,證明兩相流復(fù)雜性模型的有效性。通過驗(yàn)證,Tsallis熵復(fù)雜性模型在刻畫兩相流的復(fù)雜度時(shí)比基于排列熵的復(fù)雜性模型具有更高的統(tǒng)計(jì)分析能力,更適合用于定量分析兩相流的復(fù)雜性。因此,基于Tsallis熵的兩相流復(fù)雜性模型為定量分析兩相流特性以及探索兩相流動(dòng)規(guī)律提供了一種新途徑。
【關(guān)鍵詞】：氣液兩相流 電導(dǎo)環(huán) 波動(dòng)信號(hào) 復(fù)雜性 多頻帶譜熵 結(jié)構(gòu)復(fù)雜度 多尺度譜熵 統(tǒng)計(jì)復(fù)雜度
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：O359.1
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-12
• 第一章 緒論12-26
• 1.1 課題研究背景及意義12-14
• 1.2 兩相流流型及其復(fù)雜性特征14-18
• 1.2.1 水平管氣液兩相流流型14-15
• 1.2.2 兩相流的復(fù)雜性特征15-18
• 1.3 系統(tǒng)復(fù)雜性的研究現(xiàn)狀18-19
• 1.3.1 國外研究現(xiàn)狀18-19
• 1.3.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀19
• 1.4 兩相流復(fù)雜性研究現(xiàn)狀19-20
• 1.5 氣液兩相流時(shí)間序列的獲取與預(yù)處理20-23
• 1.5.1 環(huán)形電導(dǎo)式傳感器陣列20-21
• 1.5.2 氣液兩相流時(shí)間序列的獲取21-22
• 1.5.3 兩相流時(shí)間序列的預(yù)處理22-23
• 1.6 論文創(chuàng)新點(diǎn)與主要工作23-26
• 1.6.1 論文創(chuàng)新點(diǎn)23-24
• 1.6.2 本文組織結(jié)構(gòu)24-26
• 第二章 氣液兩相流的混沌特性分析26-45
• 2.1 引言26-27
• 2.2 混沌相關(guān)理論27-31
• 2.2.1 混沌的定義及其主要特征27-28
• 2.2.2 相空間重構(gòu)28-31
• 2.3 混沌分析的兩種經(jīng)典方法31-35
• 2.3.1 混沌特性的吸引子分析方法31-33
• 2.3.2 混沌特性的Lyapunov指數(shù)分析方法33-35
• 2.4 基于相空間的氣液兩相流混沌特性分析35-38
• 2.5 基于 0-1 混沌測(cè)試法的氣液兩相流混沌特性分析38-44
• 2.5.1 0-1 混沌測(cè)試法38-39
• 2.5.2 基于 0-1 混沌測(cè)試法的幾種典型信號(hào)的混沌分析39-43
• 2.5.3 基于 0-1 混沌測(cè)試法的氣液兩相流混沌分析43-44
• 2.6 小結(jié)44-45
• 第三章 氣液兩相流結(jié)構(gòu)復(fù)雜性分析45-57
• 3.1 引言45-47
• 3.2 譜熵理論及其表征復(fù)雜性的缺陷47-49
• 3.2.1 譜熵算法47-48
• 3.2.2 譜熵在表征復(fù)雜性的缺陷48-49
• 3.3 多頻帶譜熵49-52
• 3.3.1 多頻帶譜熵算法描述49-50
• 3.3.2 多頻帶譜熵算法驗(yàn)證50-51
• 3.3.3 多頻帶譜熵的抗干擾性驗(yàn)證51-52
• 3.4 氣液兩相流的多頻帶譜熵分析52-56
• 3.4.1 氣液兩相流的多頻帶譜熵分析52-55
• 3.4.2 基于多頻帶譜熵的氣液兩相流流型分類55-56
• 3.5 小結(jié)56-57
• 第四章 基于多尺度熵的氣液兩相流復(fù)雜性分析57-82
• 4.1 引言57
• 4.2 氣液兩相流的多尺度譜熵分析57-65
• 4.2.1 粗�；喑叨确治龇椒�58-59
• 4.2.2 多尺度譜熵算法描述59-61
• 4.2.3 多尺度譜熵算法的驗(yàn)證61-63
• 4.2.4 氣液兩相流的多尺度譜熵分析63-65
• 4.3 氣液兩相流的小波多尺度能量熵分析65-72
• 4.3.1 小波分析65-68
• 4.3.2 Shannon小波能量熵68-69
• 4.3.3 Shannon小波能熵的仿真分析69-71
• 4.3.4 氣液兩相流的兩種小波能量熵分析71-72
• 4.4 基于EMD分解的氣液兩相流能量熵分析72-80
• 4.4.1 基于EMD分解的多尺度分析法73-74
• 4.4.2 氣液兩相流電導(dǎo)波動(dòng)信號(hào)的EMD分解74-77
• 4.4.3 氣液兩相流IMF能量特征分析77-78
• 4.4.4 氣液兩相流IMF能量熵分析78-80
• 4.5 三種多尺度熵的比較80
• 4.6 小結(jié)80-82
• 第五章 氣液兩相流復(fù)雜性模型的研究82-94
• 5.1 引言82-83
• 5.2 統(tǒng)計(jì)復(fù)雜度理論83-85
• 5.2.1 物理系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)復(fù)雜度83-84
• 5.2.2 氣液兩相流的統(tǒng)計(jì)復(fù)雜度84-85
• 5.3 氣液兩相流復(fù)雜性模型85-87
• 5.3.1 基于排列熵的兩相流復(fù)雜性模型85-86
• 5.3.2 基于Tsallis熵的兩相流復(fù)雜性模型86-87
• 5.4 兩相流復(fù)雜性模型在Logistic映射復(fù)雜性分析中的應(yīng)用87-88
• 5.5 兩相流復(fù)雜性模型的應(yīng)用88-93
• 5.6 小結(jié)93-94
• 第六章 總結(jié)與建議94-97
• 6.1 總結(jié)94-96
• 6.2 建議96-97
• 參考文獻(xiàn)97-110
• 發(fā)表論文和參加科研情況說明110-112
• 致謝112-113

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4 林

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