兩相流復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)非線性動(dòng)力學(xué)特性研究.pdf

1、兩相流廣泛存在于工業(yè)生產(chǎn)過程中的各個(gè)領(lǐng)域,其作為一個(gè)復(fù)雜非線性系統(tǒng),迄今,采用傳統(tǒng)科學(xué)觀念和方法研究復(fù)雜多變量隨機(jī)過程的多相流動(dòng)問題,其兩相流流型演化動(dòng)力學(xué)特性尚未取得清楚認(rèn)識(shí),尚需從全新復(fù)雜系統(tǒng)理論與研究方法角度揭示復(fù)雜多相流流動(dòng)機(jī)制。復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)作為一個(gè)全新而又有效的工具,不僅可以挖掘包含在非線性時(shí)間序列中的重要信息特征,同時(shí)也可用于研究理論模型所不能精確描述的復(fù)雜非線性動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)。本文以垂直上升氣液兩相流和水為連續(xù)相傾斜上升油水兩相流

2、為研究對(duì)象,在采集兩相流平均及局部流場(chǎng)電導(dǎo)陣列傳感器測(cè)量信號(hào)基礎(chǔ)上,全新構(gòu)建了兩相流流型復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)、流體動(dòng)力學(xué)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)、流體結(jié)構(gòu)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)和有向加權(quán)遞歸復(fù)雜網(wǎng)絡(luò),在此基礎(chǔ)上,對(duì)兩相流復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)非線性動(dòng)力學(xué)特性進(jìn)行了研究。論文研究取得的創(chuàng)新性成果如下:
　　 1.提出一種基于多組兩相流測(cè)量信號(hào)相關(guān)特性的流型及流體動(dòng)力學(xué)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建方法?；贙-means聚類及數(shù)據(jù)場(chǎng)理論的兩類復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)社團(tuán)結(jié)構(gòu)探尋算法,發(fā)現(xiàn)兩相流復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)社團(tuán)結(jié)構(gòu)與流型具有

3、內(nèi)在對(duì)應(yīng)關(guān)系,從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)包括過渡流型在內(nèi)的垂直氣液／傾斜油水兩相流流型識(shí)別新方法。發(fā)現(xiàn)垂直氣液／傾斜油水兩相流動(dòng)力學(xué)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)度分布均呈現(xiàn)出明顯的小世界效應(yīng)和無標(biāo)度特性,且不同流型網(wǎng)絡(luò)度分布及網(wǎng)絡(luò)信息熵與流型演化趨勢(shì)相吻合,為揭示流型演化非線性動(dòng)力學(xué)復(fù)雜性研究提供了新方法。
　　 2.提出一種相空間復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)概念和構(gòu)建算法。發(fā)現(xiàn)由于相空間不穩(wěn)定周期軌道(UPOs)吸引作用,混沌相空間復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)具有明顯小世界效應(yīng)和無標(biāo)度特性；周期信號(hào)

4、對(duì)應(yīng)的相空間復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)為規(guī)則網(wǎng)絡(luò)；噪聲信號(hào)對(duì)應(yīng)的相空間復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)為隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)。在此基礎(chǔ)上,全新探索了相空間復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)局部模體頻率分布與傾斜油水逆流流體結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)之間內(nèi)在對(duì)應(yīng)關(guān)系,結(jié)果表明:相空間復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)局部模體頻率分布特征可有效地揭示傾斜油水逆流流型所特有的混沌結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)特性,即水包油擬段塞流型(D O／W PS)結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)具有弱混沌特性,過渡流型(TF)結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)具有強(qiáng)混沌特性屬高維混沌動(dòng)力學(xué)系統(tǒng),而水包油局部逆流流型(D O／W CT)結(jié)構(gòu)

5、動(dòng)力學(xué)介于兩者之間。進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)相空間復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)聚集系數(shù).介數(shù)聯(lián)合分布及網(wǎng)絡(luò)同配特性對(duì)氣液兩相流氣泡聚合與擊碎過程敏感,為氣液兩相流流型生長(zhǎng)與衰落非線性動(dòng)力學(xué)機(jī)制研究提供了新途徑。
　　 3.提出一種有向加權(quán)遞歸復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)概念和構(gòu)建方法。以 Tent map和2x mod1混沌映射為例,從理論上驗(yàn)證了以網(wǎng)絡(luò)連通集團(tuán)度選取遞歸閾值的合理性,證實(shí)了網(wǎng)絡(luò)遞歸閾值系數(shù)是判定信號(hào)中是否存在不穩(wěn)定周期軌道(UPO)的有效指示器,進(jìn)而以 R(o)s

6、sler混沌系統(tǒng)為例驗(yàn)證了該網(wǎng)絡(luò)不僅可用于分析與Lyapunov指數(shù)相關(guān)的UPO軌道動(dòng)力學(xué),而且還可進(jìn)一步精確探測(cè)相空間各階 UPO,為時(shí)間序列軌道動(dòng)力學(xué)研究提供一種新思路。在此基礎(chǔ)上,構(gòu)建了氣液兩相流有向加權(quán)遞歸復(fù)雜網(wǎng)絡(luò),研究表明:段塞流網(wǎng)絡(luò)遞歸閾值系數(shù)明顯小于泡狀流和混狀流,并存在大量不穩(wěn)定周期軌道,其主要由內(nèi)部小循環(huán)和外部大循環(huán)兩部分組成,內(nèi)部小循環(huán)到外部大循環(huán)的軌道運(yùn)動(dòng)實(shí)則表征了兩相流段塞流中含泡液塞與大氣塞間歇性的類周期振蕩運(yùn)