基于盲信号分离技术研究两相流动机理及参数测量方法

Flow mechanism analysis and flow characteristics research of two-phase flow are prososed combining blind signal separation technique and two-phase flow model. Considering that the differential pressure signal adopted from the throttle flowrate meter is the mixture signal of gas phase and liquid phase, and the mixture signal is the result of reaction between the gas phase and the liquid phase. Based on blind signal separation theory, the reaction above and its transmission along the pipe could be expressed by a mixture matrix. Hence, the blind signal separation technique is adopted to separate out the differential pressure fluctuation signal corresponding to the gas phase and the liquid phase respectively from the mixture signals at first. And then, for the different flow pattern, the relationship between the separation matrix and the model parameters are researched. The relationship reflects the reaction between the gas phase and the liquid phase and hence it is adopted to study the two-phase flow mechanism.At last, the gas flowrate and the liquid flowrate could be computed combing with the throttle flowrate measurement theory. Meanwhile, the reaction between the gas phase and the liquid phase could be analyzed based on the separation matrix and the mathematics model. The separation matrix adopted brings the reaction and the transmission information of gas phase and liquid phase in the pipe and along the pipe, and acrries the dynamical characteristics related to the gas-liquid reaction. This project analyzes the gas-liquid reaction combing the static information from the mathematics model and the dynamical information from the signal processing, which is benefit to flow mechanism study of gas-liquid two-phase flow system.

盲信号分离技术既考虑了信号的动态变化过程，又在信号混合矩阵中包含了信号间的相互作用，因此，将两相流数理模型与盲信号分离技术结合起来有助于研究两相流流动特性和流动机理。本项目拟基于气液两相流数理模型和盲信号分离技术，研究两相流流动机理及动态特征，分析气、液两相间的相互作用，并获得基于盲信号分离技术的气、液各单相参数计量方法。首先，根据实验工况，分析气液差压波动信号的特征，选择合适的盲源分离算法分离实时采集的两相流混合信号，得到分离矩阵和分离后的气、液各单相差压信号。然后，针对不同的流型，研究分离矩阵与两相流数理模型各参数的动态关联关系。该动态关联关系涉及到管道内差压信号的波动信息、该波动信息的分离方式、两相流各过程参数的变化信息等，这反映了两相流动的演化过程，据此研究不同流型下气、液两相间的相互作用及两相流动机理。

气液两相流动现象广泛存在于工农业生产和日常生活中，对气液两相流的研究具有重要的学术意义和工业应用价值。.许多研究表明，气液两相流差压波动信号中包含有各相的流量信息，通过对两相流差压波动信号的研究，能够实现两相流的参数检测。基于差压波动信号的特征值法，分析了两相流流量与两相流差压波动信号特征值之间的关系，进而进行了两相流的流量测量。由于两相流的流型对两相流的流量测量有较大影响，因此，在流量测量过程中，首先基于差压波动信号对两相流流型进行划分，然后，针对不同的流型，采用不同分析方法研究了两相流流量的测量。流量测量模型借鉴了盲分离技术中的信号混合模型，流量测量模型的参数基于两相流差压波动信号的特征值确定。实验结果表明，提出的两相流流量测量方法可以用于两相流流量的测量。.盲源分离技术能够较好地反映出气液两相流系统的特性以及系统内部气相和液相之间的相互作用，得到分别表征气、液相的独立成分，这有利于提高流型的识别率。作为盲源分离技术的重要分支，独立分量分析算法一直是研究的热点。针对气液两相流实验得到的差压信号，采用FastICA进行处理，提取特征参数，应用支持向量机进行智能识别。应用FastICA算法对差压信号进行盲分离处理，得到能够表征气相和液相信号特征且独立性强的分离信号。针对差压信号的时域特性和ICA技术还存在的一些局限性，提取原始差压信号的均值、偏斜度和峭度以及分离信号的偏斜度和峭度作为特征参数，特征参数能够较好的反映出各流型的特征。采用FastICA算法和SVM结合进行流型识别。实验结果表明，FastICA算法与支持向量机结合，比直接利用差压信号特征值得到更高的流型识别率，流型识别率达到94%以上。本研究为气液两相流流型识别提供了一新颖且行之有效的方法。