两相流有限穿越可视图演化动力学研究-物理学报.PDF

物理学报 Acta Phys. Sin. Vol. 62, No. 11 (2013) 110507 两相流有限穿越可视图演化动力学研究* 高忠科 胡沥丹 周婷婷 金宁德† ( 天津大学电气与自动化工程学院, 天津 300072 ) ( 2012 年12 月27 日收到; 2013 年1 月27 日收到修改稿) 针对小管径两相流流动特性, 全新优化设计弧形对壁式电导传感器. 通过动态实验在获取传感器测量信号的基 础上, 采用有限穿越可视图理论构建对应于不同流型的两相流复杂网络. 通过分析发现, 有限穿越可视图网络异速 生长指数和网络平均度值的联合分布可实现对小管径两相流的流型辨识; 有限穿越可视图度分布曲线峰值可有效 刻画与泡径大小分布相关的流动物理结构细节特征; 网络平均度值可表征流动结构的宏观特性; 网络异速生长指数 对流体动力学复杂性十分敏感, 可揭示不同流型演化过程中的细节演化动力学特性. 两相流测量信号的有限穿越可 视图分析为揭示两相流流型的形成及演化动力学机理提供了新途径. 关键词: 两相流, 复杂网络, 有限穿越可视图, 网络异速生长指数 PACS: 05.45.Tp, 89.75.Da, 47.61.Jd DOI: 10.7498/aps.62.110507 型的实验测量、动态描述、结构识别及演化动力 1 引言 学机理揭示等相关研究已成为多相流研究领域的 一个重要方向. 在石油、化工及核反应堆等工业领域存在着 本文针对小管径垂直上升管气液两相流, 全新 大量的两相流动现象, 例如动力工程中锅炉蒸发管 优化设计了弧形对壁式电导传感器, 通过动态实验 中的蒸汽- 水两相流动, 化工工业中物料输送管道 在获取传感器测量信号的基础上, 采用我们最近提 和反应釜搅拌器中的气液两相流以及石油工程中 出的有限穿越可视图理论分析测量信号揭示不同 油田开采油井中的油水两相流和气液两相流等. 在 气液两相流流型的内在演化动力学机理. 可视图理 两相流动过程中, 由于相界面的形状和分布随着时 论属于复杂网络时间序列分析理论的一种, 复杂网 间和空间的改变而变化, 且相间存在不可忽略的相 络理论是对复杂系统的一种抽象和描述方式, 所谓 对速度, 导致相界面呈现出不同的几何形状或流动 网络就是由节点和连边组成, 其中节点表示系统的 结构, 称之为两相流流型. 流型不仅影响混合流体 元素, 两节点的连边表示元素之间的相互作用. 在 的流动特性、压降特性和传热传质性能, 而且还是 4 5 小世界网络 和无标度网络 的开创性工作之 两相流测量、控制与预测系统的重要参数. 因此, 揭示两相流不同流型的内在流动特性对两相流工 后, 复杂网络理论已成功应用于物理学、生物学、 业系统优化设计及工况动态监测具有重要实际意 经济学和工程