基于DFA的气液两相流特性分析

摘要

气液两相流流动现象普遍存在于自然界以及工业生产过程中。两相流的流动特性，在两相流研究中有着非常重要的作用，它可以在很大程度上对设备的研发、设计及其设备的正常运行产生影响，而且还对流动过程参数的测量准确性和其它相关特性有影响，因此两相流流动特性是两相流研究的重要方向。
　　本文采用去趋势波动分析(DFA)方法对垂直上升管中气液两相流的三种典型流型（泡状流、段塞流、混状流）进行流动特性分析。为了有效地表征气液两相流不同流型的流动特性，引入非线性系统复杂程度表征量Hurst指数来进行研究。运用小波分析方法对采集到的气液两相流的电导波动信号进行多尺度小波分解，然后用DFA方法计算每个尺度的Hurst指数，通过对比分析发现，两种方法结合可以描述气液两相流不同尺度的分形特征，并能揭示其在局部和整体的细节运动特性。
　　从实际效果来看，利用单分形分析不同流型的特征是不够的，所以本文采用多重分形去趋势波动分析(MF-DFA)方法对气液两相流的电导波动信号进行多重分形分析。通过计算波动函数、广义Hurst指数、标度指数、多重分形谱，细致量化了电导波动信号的局部及不同层次的波动奇异性，发现电导波动信号具有长程相关性并且是多重分形过程，多重分形谱参数可以反映不同流型的动力学特征。最后通过对比随机重排前后的气液两相流电导波动信号的Hurst指数，证明其多重分形是由长程相关性和厚尾概率密度分布共同引起。电导波动信号的多重分形去趋势波动分析方法可以较好地表征气液两相流流动特性。

目录

摘要

1 绪论

1．1 本文的研究背景及意义

1．2 两相流国内外研究现状及发展趋势

1．2．1 国内外研究现状

1．2．2 两相流研究发展趋势

1．3 气液两相流动态特性的研究方法

1．4 本文研究的主要内容

2 气液两相流流型分类及实验装置

2．1 气液两相流简介

2．1．1 气液两相流流型分类

2．1．2 两相流基本参数

2．2 垂直多电极阵列测量系统

2．3 气液两相流实验设计与数据采集

2．4 本章小结

3 基于DFA与小波分析的气液两相流流动特性分析

3．1 去趋势波动分析简介

3．1．1 DFA基本原理

3．1．2 赫斯特(Hurst)指数的含义

3．2 小波分析的基本理论

3．2．1 小波分析

3．2．2 正交小波变换与多分辨分析

3．3 DFA与小波分析结合研究气液两相流流动特性

3．3．1 小波函数选择

3．3．2 结果及分析

3．4 本章小结

4 气液两相流多重分形去趋势波动分析

4．1 MF-DFA基本理论

4．1．1 MF-DFA算法

4．1．2 与标准的多重分形分析的关系

4．2 典型信号的MF-DFA分析

4．2．1 几种典型信号的介绍

4．2．2 实验结果及分析

4．3 基于MF-DFA的气液两相流特性分析

4．3．1 多重分形及奇异性分析

4．3．2 多重分形成因分析

4．4 本章小结

5 总结与展望

5．1 课题研究的工作总结

5．2 工作展望

参考文献

致谢

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