基于复杂网络的气液两相流流型分析方法研究

发布时间：2018-11-14 15:47

【摘要】：两相流广泛地存在于工业生产过程中,其流动过程具有的动态性、非平衡性和复杂性,使得以近平衡态假设、线性化处理为前提研究两相流动问题的方法,还未能对其演化动力学特性取得清楚的认识。因此,需要引入新的研究方法对两相流的动力学特性及其演化规律进行研究。复杂网络作为一种研究复杂系统的方法和工具,不仅可以对蕴含在两相流流态时间序列中的重要信息特征进行探寻,而且还可以对无法通过理论模型准确描述的复杂非线性的两相流动力学系统进行研究。本文以垂直上升管内气液两相流为研究对象,在采集气液两相流压差波动时间序列的基础上,以复杂网络理论研究了气液两相流态、流态演化及气泡聚并机制等问题,并基于此对气液两相流动力学特性开展了研究。论文研究取得的工作成果如下：1.针对垂直上升管内气液两相流动特征,提出了一种基于压差波动时间序列相似性的复杂网络构建方法。通过经验模态分解对气液两相流的压差波动时间序列的能量特征的提取,获得了不同流型在不同时间尺度下的能量分布。在构建垂直上升管内空气-水两相流流态复杂网络的基础上,提出了一种基于AP聚类的社团结构划分方法,并通过该方法对垂直上升管内空气-水两相流的流态复杂网络社团结构进行了分析,获得了流态复杂网络中社团与不同流型的对应关系,从而识别出垂直上升管内包括过渡流型在内的五种流型。2.针对气液两相流流态演化过程的非稳态、非平衡及复杂性等特征,提出了一种垂直上升管内流态演化复杂网络构建方法。以垂直上升管内空气-水两相流动为研究对象,基于气液两相流流态演化过程动态迁移的相似性,构建并分析了对应于不同流型的流态演化复杂网络。发现垂直上升管内气液两相流的流态演化复杂网络呈现出明显的无标度性和小世界性,不同流型对应的网络呈现出不同的社团结构,并且网络的统计量与流型的演化过程相吻合,较好地揭示了垂直上升管内气液两相流流态演化的动力学特性。3.为了揭示气液两相流中气泡的聚并机制及其在相空间中的动力学特性,在相空间重构的基础上提出了一种基于关联维的相空间复杂网络构建方法。进而构建了流型相空间复杂网络。通过对不同动力系统对应的相空间复杂网络动力学特性的分析,发现在相空间不稳定周期轨道的吸引作用下,混沌动力系统对应的相空间复杂网络呈现出明显的小世界性,其网络结构和统计参数与原系统的相空间动力学特性关系密切。在此基础上,通过分析垂直上升管内气液两相流的泡状流、塞状流和混状流对应的流型相空间复杂网络,发现流型相空间复杂网络的网络结构与垂直上升管内气液两相流的流动结构之间存在内在联系,并且网络密度对气泡的聚并现象比较敏感。流型相空间复杂网络的网络结构和网络密度可以较好地分析不同流型相空间中不稳定周期轨道的吸引特性,为揭示气液两相流中气泡的聚并机制提供了新视角。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O359.1;O157.5

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本文编号：2331602