[發明專利]一種氣液兩相流流型識別方法及檢測裝置

有效

• 申請號: 201710735954.0
• 申請日: 2017-08-24
• 公開（公告）號: CN107402116B
• 公開（公告）日: 2019-03-19
• 發明（設計）人: 孫志強;陳露陽;黃思師
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: G01M10/00
• 分類號: G01M10/00
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所 43114
• 代理人: 龔燕妮

1.一種氣液兩相流流型識別方法，其特征在于：包括：

步驟1：獲取測量數據；

其中，所述測量數據包括鈍體尾跡的壓差信號和氣液兩相流的流型；

步驟2：對步驟1中每組測量數據的壓差信號進行處理得到壓差信號的時頻熵，并根據每組測量數據的氣液兩相流的流型、時頻熵、氣液兩相流的特征參數構造流型圖；

其中，所述氣液兩相流的特征參數包括體積含氣率β、液相修正系數ψ、質量含氣率x、密度比

所述流型圖是以(1-β)ψ為橫坐標、為縱坐標的流型分類坐標圖，S為壓差信號的時頻熵；

根據每組測量數據在流型圖中的坐標位置以及每組測量數據的氣液兩相流的流型將流型圖劃分為若干流型區域，同一個流型區域內的不同坐標點對應的氣液兩相流的流型相同；

其中，所述壓差信號的時頻熵是利用自適應的集總經驗模態分解及希爾伯特變換對每組測量數據的壓差信號進行處理得到信號能量的時頻分布，并根據信號能量的時頻分布計算獲得；

步驟3：獲取待測的壓差信號，并計算出待測的壓差信號在流型圖中的坐標位置；

其中，待測的壓差信號是待測的氣液兩相流在鈍體尾跡的壓差信號；

對待測的壓差信號進行處理得到時頻熵，再根據待測的壓差信號的時頻熵和待測的氣液兩相流的特征參數計算出待測的壓差信號在流型圖中的橫坐標和縱坐標；

步驟4：根據待測的壓差信號的坐標位置識別待測的氣液兩相流的流型；

其中，獲取待測的壓差信號在流型圖中的坐標位置所在的流型區域，所在的流型區域對應的流型為待測的氣液兩相流的流型。

2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于：對壓差信號進行處理得到時頻熵的過程如下所示：

步驟21：依次將服從正態分布的白噪聲加入壓差信號，且對每次加入白噪聲后的壓差信號進行經驗模態分解得到固有模態函數IMF；

步驟22：按照以下公式對分解所得固有模態函數IMF分量進行集總平均，得到集總經驗模態分解的分解結果：

其中，c_i(t)為通過集總經驗模態分解得到的分解結果中第i個IMF分量，c_ij(t)為第j次加入白噪聲后經驗模態分解壓差信號產生的第i個IMF分量，其中t表示時間，N表示加入白噪聲的次數，n表示每次對加入白噪聲的壓差信號進行經驗模態分解所得IMF分量的數量；

步驟23：對步驟22中分解結果中的每個IMF分量進行希爾伯特變換得到每個IMF分量的希爾伯特變換結果：

其中，表示分解結果中第i個IMF分量的希爾伯特變換結果，c_i(τ)為集總經驗模態分解過程中τ時間得到的分解結果中第i個IMF分量；

步驟24：根據步驟22中分解結果中的每個IMF分量和步驟23中每個IMF分量的希爾伯特變換結果構造解析信號：

其中，z_i(t)表示分解結果中第i個IMF分量對應的解析信號，a_i(t)表示分解結果中第i個IMF分量對應的解析信號的幅值函數，φ_i(t)表示分解結果中第i個IMF分量對應的解析信號的相位函數；

步驟25：根據步驟24中分解結果中每個IMF分量對應的解析信號計算幅值函數和相位函數：

步驟26：根據步驟25中的相位函數計算得到瞬時頻率：

其中，f_i(t)表示分解結果中第i個IMF分量對應的瞬時頻率，ω_i(t)表示分解結果中第i個IMF分量對應的角頻率；

步驟27：根據步驟25中的幅值函數和步驟26的瞬時頻率在時頻平面上構建時頻能量分布圖H(ω,t)：

其中，Re表示取實部；

步驟28：將步驟27中的時頻平面劃分為M個面積相等的時頻塊，并計算出壓差信號的時頻熵；

其中，壓差信號的時頻熵的計算公式為：1≤k≤M；

S表示壓差信號的時頻熵，e_k表示第k個時頻塊的能量歸一化后的值，其中e_k＝W_k/E；

W_k表示第k個時頻塊內的能量，E表示整個時頻平面的能量；

其中，第k個時頻塊內的能量W_k的計算公式如下所示：

W_k＝∫_ωH²(ω,t)dω。