垂直气液两相流混沌吸引子单元面积分析

为了充分反映吸引子结构随时间延迟的变化规律,在现有吸引子形态描述方法基础上定义了吸引子单元面积,通过仿真发现,吸引子单元面积随时间延迟变化曲线第一个波峰的高度和时间延迟主要由信号中大幅值波动的数量、频率决定,利用此规律对实验采集到的气液两相流电导波动信号进行分析,发现在固定液相流量条件下,改变气相流量会导致泡状流、段塞流和混状流中大幅值波动幅度的改变,但相同流型信号中大幅值波动的频率比较接近.将吸引子单元面积随时间延迟变化曲线第一个波峰的时间延迟和落差比作为特征量,可以实现泡状流、段塞流、混状流的流型分类.     

基于混沌吸引子形态特性的两相流流型分类方法研究

利用高灵敏度差压传感器，在垂直上升管中采集到了80组气液两相流差压波动信号.利用放置参考截面的方法，建立了描述混沌吸引子形态的一般方法，在此基础上，提出了不同维数下的吸引子形态特征量进行组合的气液两相流流型分类新方法.研究结果表明：该方法对包括复杂过渡流型在内的气液两相流流型有很好分类效果，预示着混沌吸引子形态描述是研究非线性时间序列的实用有效途径. 关键词： 气液两相流 流型分类 吸引子形态 混合维     

油水两相流水包油流型多尺度排列熵分析

采用多尺度排列熵算法研究了垂直油水两相流水包油流型的多尺度动力学特性.首先,在内径为20 mm的垂直管道内采集了油水两相流水包油流型电导传感器波动信号,然后计算了不同流动工况下电导波动信号的多尺度排列熵值.研究发现多尺度排列熵率与均值可定量刻画水包油流型动力学复杂性;此外,提出了通过增量时间序列累积量与多尺度排列熵率联合分布识别三种不同水包油流型的新途径.     

脉动热管闭合回路内热驱动气液两相脉动运行特性的非线性研究

本文实验测试了脉动热管闭合回路内热驱动气液两相脉动运行过程中管壁温度脉动特征,并对所采集到的壁温脉动时间序列信号进行了相空间重构,研究了混沌吸引子形态与气液两相脉动运行模式间的内在联系,分析了管内气液两相脉动运行非线性特性随运行模式的变化规律。研究表明:脉动热管闭合回路内热驱动气液两相脉动运行既非是周期性行为也非是完全随机行为,而是具有典型的混沌特征;壁温脉动时间序列信号的混沌吸引子形态对运行模式的转化敏感,故其可以成为辨识管内气液两相工质脉动运行的有效工具。     

特稠油-水两相流流型研究

为了更好地认识特稠油-水两相流动,采用显微摄像技术、等动量取样法与压降梯度测试相结合的实验方法,研究了特稠油-水两相流流型及特征。研究发现,特稠油水两相流的流型与常规油水两相流存在区别,该流型可分为Ew/o分散流、Ew/ow间歇流、Ew/ow分层流、Ew/ow不完全环状流、Ew/ow环状流、Ew/ow环散流等6种流型,未发现Eo/w分散流。特稠油水两相流的压降梯度与流型以及油水分散状况密切相关,反相点为含水率0.60,适于在反相后输送,且反相后温度和含水率变化对压降影响较小,为特稠油以水为连续相的输送方法提供理论依据。     

油水两相在不同展角裂缝中的水平流动特性

在缝宽7 mm、缝展198 mm、缝长3000 mm的裂缝中,选择缝展方向与水平方向成0°、45°和90°展角布置,研究了裂缝展角对油水两相流水平流动特性的影响,并与圆管中的油水两相流进行了比较.研究表明,展角对油水两相流的流型有一定影响,对混合度系数与有效黏度则影响不大,对"水包油"和"油包水"相态逆转的发生影响不大.对应于相同的流速和含油率,不同展角裂缝以及圆管中的油水两相流,其有效黏度几乎相同.     

聚合物作用下油水两相流油泡时频运动特性

本文开展聚合物作用下的油水两相流动态试验,对聚合物作用下油水两相流的流动特性进行了研究。首先,分别配比了两种不同浓度的聚合物水溶液;其次,在内径20 mm的流动环装置上安装纵向多极电导阵列传感器,获取了水包油段塞流和水包油泡状流的传感器波动信号;最后,利用非平稳时频联合表达分析方法和递归图法,分别对聚合物作用下的复杂油水流动系统运动特征及非线性特征进行综合描述,发现时频联合分布特征及递归图纹理结构特征可作为流型变化的有效分析工具。     

应用单相流量计测量油水两相流

为探讨单相流量计用于液液两相流参数测量的可行性和有效性,本文对文丘里管、涡轮流量计和椭圆齿轮流量计用于油水两相流测量的响应特性进行了实验研究.文丘里管和涡轮流量计的实验管径为15 mm,25 mm,40 mm,椭圆齿轮流量计的实验管径为25 mm和40 mm.油水两相流总体积流量范围为1～5 m3/h,油含率范围为15%～85%.实验结果表明,文丘里管在高油含率时测得的油水两相流流量比实际流量偏大4%～5%.涡轮流量计的测量误差随油含率升高呈现增大的趋势,最大测量洪差小于5%.椭圆齿轮流量计用于油水两相流测量时相对测量误差小于1.0%且基本不受油含率影响.     

气液两相流电导波动信号复杂性测度分析及其流型表征

为了考察从时间序列提取的复杂性测度与气液两相流流型变化之间的关系，本文首先讨论了三种复杂性测度(Lempel-Ziv复杂性、功率谱熵和近似熵)对周期信号、随机信号、混合随机信号和混沌信号的识别能力，然后分析了时间序列长度对复杂性计算的影响.在此基础上，从实际测量的80种垂直上升管中气液两相流电导波动信号中提取了这三种复杂性测度，结果表明：三种复杂度对两相流流型变化是敏感的，通过对三种复杂度随两相流流动参数变化规律分析，可以得到气液两相流动力学结构反演特征，为揭示气液两相流流型转化机理提供了一种有效的辅助诊断工具. 关键词： 气液两相流 Lempel和Ziv复杂性 功率谱熵 近似熵     

一个强、弱耗散功能可分隔系统中的特征激变

报道一个由保守映象和耗散映象不连续、不可逆地分段描述的系统，以及在其中发生的一例特征激变.激变的独特之处在于逃逸孔洞.由映象的不连续、不可逆性而导致相平面中出现一个胖分形迭代禁区网，它使得一个混沌吸引子突然失稳而发生激变后出现的两个周期吸引子的吸引域边界成为点滴状.仅仅在每个周期点邻近存在这样的一个作为逃逸孔洞的、受到强耗散性支配和禁区边界限制的规则边界吸引域. 关键词： 激变 保守映象 耗散映象 逃逸孔洞     

柔性管内油水环状流流动结构数值模拟

海洋中柔性管道受到外界猛烈撞击，撞击物的不同会导致管道内流道结构发生不同的改变.为探寻流道结构变化对环状流动结构的影响规律，采用N-S方程和湍流模型描述流体运动，用VoF模型与CSF模型追踪油水界面，建立数值方程与分析模型，分析流道不同形式的结构变形、不同程度变形和不同流速下油水环状流在管内的湍动能和漩涡结构演变，及环状流流型的演变和压力场的演变.分析结果表明:凹陷变形程度越大，漩涡的强度及面积越大，V形变形影响远大于○形变形影响，环状流的流型发生改变时仍然保持着水相包裹油相的稳定状态，最大压缩区域的油水界面压强也随之增大，且增速变大.所得结论对研究油水环状流在柔性管道运输中的稳定性具有一定指导意义.      

水平管油水分散流液滴粒径及其分布规律研究

油水两相分散流是油水混输管道常见的流型之一,液滴是油水分散流的主要特征,液滴在油水两相管路中受到湍流惯性力、剪切力、界面张力、黏性力等多种力的作用而发生聚结和破裂,从而形成不同的液滴粒径及其分布。本研究采用高速摄像和显微照相两种方法研究了水平管中油水分散流的液滴粒径随混合流量、温度和含油率等参数的变化规律,并利用三种概率分布函数研究了液滴粒径的分布特性。研究结果表明:分散相液滴的Sauter平均直径随混合流量的增加而逐渐减小、随温度升高而逐渐增大、随含油率的增大而增大;液滴粒径的分布规律与Log-Normal和Frechet概率分布函数符合较好。     

油水两相分散流的相界面浓度输运方程研究

通过对连续相湍流导致的油滴聚合和破裂现象的合理模化,本文建立了适用于垂直上升管油水两相分散流的相界面浓度输运方程.其中对连续相湍流驱动油滴随机碰撞引起的聚合现象模化时,考虑了两油滴间连续相液膜排出过程中的凹面膜效应.而在描述油滴与湍流涡随机碰撞导致的破裂现象时,考虑了破裂过程所产生油滴的大小不等的因素.利用所建立的相界面浓度输运方程对沿实验段轴向的相界面浓度变化进行了预测,结果与实验数据比较表明吻合很好.     

有气流扰动下管流油水混合物粘度实验测量与计算模型

采用局部即时取样方法对水平管内油气水三相流动情况下各种混合比例的复杂混合物的流动粘度进行了实验研究,实验工质采用46号机械油、自来水和空气。以实验数据为基础提出了考虑流动参数变化影响的反相点预测关联式。考虑到管内油水两相的混合发展过程,以局部即时取样的实验数据为基础,提出了一个气流扰动下管内流动条件下油水混合物粘度的预测关系式,该模型考虑了油水两相本身的物性以及流动因素的影响。指出考虑流动参数影响的粘度预测模型能大大提高油气水三相流动情况下油水混合物实测粘度的预测精度。     

单一微孔隙中油水相对渗透率特性研究

孔隙渗流是多孔介质渗流的微观基础。本文对孔隙中的两相流应用分相模型,结合达西渗流定律,提出了适用于油水两相的相对渗透率模型,得到相对渗透率与孔隙度无关、相对渗透率只是微孔隙中相态分布的几何尺度以及流体饱和度的函数等结论。设计了微流动实验装置,以去离子水和白油的乳化液为两相流体,在不同含油率下研究了微孔隙中油水两相的渗流特性,并与相应条件下的模型计算结果进行对比。结果表明,对于低渗透尺度等级的微孔隙,实验与计算结果吻合较好,对于高渗透尺度等级的微孔隙,实验与计算结果存在偏差。在某些条件下,油与水的相对渗透率之和存在大于1的情形。     

基于小波变换的混沌信号相空间重构研究

应用小波变换和非线性动力学方法研究了混沌信号在相空间中的行为，指出混沌时间序 列的小波变换实质上是在重构的相空间中，混沌吸引子向小波滤波器向量所张的空间中的投 影，与Packard等人提出的相空间重构方法本质上是一致的.实验结果表明，混沌信号经过 小波变换后，吸引子轨迹与原有轨迹具有相似的结构，同时，系统的关联维数、Kolmogorov 熵等非线性不变量仍然得到保留.这些结果表明，利用小波变换研究混沌信号是有效的. 关键词： 小波变换 相空间重构 混沌信号 脑电信号     

水平管内油水两相流流型及其转换规律研究

本文对水平放置圆管内的油水液液两相流的流型及其转变特性进行了实验研究,定义了不同流动条件下油水两相流的流型,并由实验所得数据给出了水平圆管内油水液液两相流的流型图。进而讨论了各流型之间的转变机理,并考察了影响流型的因素。采用无量纲准则数以及半理论公式对流型转变进行了预测,结果与实验数据基本吻合。并与他人的实验数据也进行了比较。     

Uncovering dynamic behaviors underlying experimental oil–water two-phase flow based on dynamic segmentation algorithm

Characterizing complex dynamic behaviors arising from various inclined oil–water two-phase flow patterns is a challenging problem in the fields of nonlinear dynamics and fluid mechanics. We systematically carried out inclined oil–water two-phase flow experiments for measuring the time series conductance fluctuating signals of different flow patterns. We using the dynamic segmentation algorithm incorporating with phase space reconstruction analyze the measured experimental signals to uncover the dynamic behaviors underlying different flow patterns. Specifically, given a time series from a two-phase flow, we move a sliding pointer over the time series and for each position of the pointer we calculate the dynamic difference measure of the phase space orbits generated from the segment to the left and to the right of the pointer. A number of experimental signals under different flow conditions are investigated in order to reveal the dynamical characteristics of inclined oil–water flows. The results indicate that the heterogeneity of dynamic difference measure series is sensitive to the transition among different flow patterns and the standard deviation of dynamic difference measure series can yield quantitative insights into the nonlinear dynamics of the two-phase flow. These properties render the dynamic segmentation algorithm-based approach particularly useful for uncovering the dynamic behaviors of inclined oil–water two-phase flows.