[發(fā)明專利]一種氣液兩相流流型識(shí)別方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710610596.0
• 申請(qǐng)日: 2017-07-25
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107392250A
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-11-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 華陳權(quán);車(chē)新躍;楊毅森;邢蘭昌
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)石油大學(xué)（華東）
• 主分類號(hào): G06K9/62
• 分類號(hào): G06K9/62;G06K9/00;G01N29/44
• 代理公司: 北京科億知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙)11350
• 代理人: 孫營(yíng)營(yíng)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種氣液兩相流流型識(shí)別方法。

背景技術(shù)

眾多工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程(動(dòng)力、石化、冶金等)都涉及到氣液兩相流現(xiàn)象。兩相流體介質(zhì)的相界面空間分布情況被稱為流動(dòng)形態(tài)或流型。兩相流流型是分析兩相流流動(dòng)特性和傳熱特性的重要指標(biāo)，流型的準(zhǔn)確識(shí)別也對(duì)兩相流各種參數(shù)的測(cè)量起著決定的作用。由于兩相流的流型受到眾多因素的影響，流型復(fù)雜多變，這不僅對(duì)測(cè)量?jī)上嗔鲄?shù)造成阻力，也使現(xiàn)場(chǎng)系統(tǒng)及設(shè)備的設(shè)計(jì)變得更復(fù)雜。兩相流動(dòng)系統(tǒng)的復(fù)雜性和隨機(jī)性使流型的準(zhǔn)確識(shí)別變得困難，流型準(zhǔn)確識(shí)別一直都是尚未圓滿解決的問(wèn)題。而隨著工業(yè)過(guò)程對(duì)兩相流計(jì)量、節(jié)能和控制方面的要求越來(lái)越高，兩相流的流型辨識(shí)需求也變得越來(lái)越急迫。現(xiàn)有技術(shù)主要為流型圖法、直接測(cè)量法、間接測(cè)量法。流型圖是在不同實(shí)驗(yàn)條件下得到的，有局限性和適用條件，不能在工業(yè)過(guò)程中廣泛使用。直接測(cè)量法中高速攝影法的缺點(diǎn)是需要透明管道或窗口，復(fù)雜的反射、折射效應(yīng)降低了測(cè)量的精度；射線衰減法使用了放射源不利于存放和保管，安全問(wèn)題需要特別關(guān)注。間接測(cè)量法需要選擇能夠反映流體動(dòng)態(tài)特征的參數(shù)，壓差信號(hào)被廣泛使用，但是壓差信號(hào)表現(xiàn)出很大的隨機(jī)性，需要進(jìn)一步的信號(hào)分析提取能夠較好識(shí)別流型的特征參數(shù)，并利用特征信息使用智能分類算法識(shí)別流型。特征的選擇很大程度上決定了識(shí)別流型的成功率。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在解決上述問(wèn)題，提供了一種氣液兩相流流型識(shí)別方法，采用的脈沖超聲回波法原理簡(jiǎn)單，易于測(cè)量?jī)上嗔鹘缑娌ǎ唤缑娌ㄐ盘?hào)與流型有強(qiáng)烈的關(guān)聯(lián)性，對(duì)界面波信號(hào)進(jìn)行特征提取，能夠較好的用于流型識(shí)別；使用的支持向量機(jī)方法基于統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)理論，適合樣本較少的情況，相比神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等算法能夠在較少訓(xùn)練樣本情況下得到較好的識(shí)別率，其采用的技術(shù)方案如下：

一種氣液兩相流流型識(shí)別方法，包括根據(jù)采集的超聲回波傳播時(shí)間和超聲波在液體中的傳播速度，得到界面波信號(hào)；

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解法把界面波信號(hào)分解為若干個(gè)本征模態(tài)函數(shù)；

通過(guò)提取界面波信號(hào)前8個(gè)本征模態(tài)函數(shù)的能量百分比特征，得到各本征模態(tài)函數(shù)分量的能量，并將各本征模態(tài)函數(shù)分量的能量組成特征向量T；

基于對(duì)特征向量歸一化，獲得前8個(gè)本征模態(tài)函數(shù)的總能量和歸一化后的特征向量T′；

通過(guò)將特征向量T′作為訓(xùn)練樣本送入支持向量機(jī)訓(xùn)練，得到流型分類模型并識(shí)別流型。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，采集的超聲波由被測(cè)段管道底部發(fā)出，經(jīng)過(guò)兩相流流體界面反射后回波被接收；由公式h＝ct/2，計(jì)算得到界面波信號(hào)，記界面波信號(hào)為x(t)。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解法把界面波信號(hào)分解為若干個(gè)本征模態(tài)函數(shù)，包括：

(1)取界面波信號(hào)所有極大值點(diǎn)和極小值點(diǎn)，分別用三次樣條函數(shù)擬合出上包絡(luò)線和下包絡(luò)線，上下包絡(luò)線的均值為m₁(t)；

(2)將h₁₁(t)＝x(t)-m₁(t)視為新的信號(hào)x(t)，重復(fù)(1)步，經(jīng)過(guò)k次篩選，使h_1k(t)滿足數(shù)據(jù)中極值點(diǎn)和過(guò)零點(diǎn)的數(shù)目相等或最多相差1且信號(hào)的局部極大值包絡(luò)線和局部極小值包絡(luò)線的均值為0。記c₁(t)＝h₁-k(t)，為第一個(gè)本征模態(tài)函數(shù)；

(3)將r₁(t)＝x(t)-c₁(t)作為新的數(shù)據(jù)，重復(fù)(1)(2)步，直到分解出所有的本征模態(tài)函數(shù)，最終界面波信號(hào)分解為n個(gè)本征模態(tài)函數(shù)函數(shù)和一個(gè)剩余分量。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，各本征模態(tài)函數(shù)分量的能量為特征向量T＝[E₁,E₂,E₃,E₄,E₅,E₆,E₇,E₈]。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，前8個(gè)本征模態(tài)函數(shù)的總能量歸一化后的特征向量T'＝[E₁/E,E₂/E,E₃/E,E₄/E,E₅/E,E₆/E,E₇/E,E₈/E]。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，通過(guò)將特征向量T′作為訓(xùn)練樣本送入支持向量機(jī)訓(xùn)練，得到流型分類模型并識(shí)別流型的步驟為：