管内气固两相流流型的频谱－层析识别方法技术

本发明专利技术涉及一种管内气固两相流流型的识别方法，步骤为：由取压管在同一管截面的不同位置测出相应全压和静压，经Ａ／Ｄ转换，滤波，计算该截面的速度矩阵和静压主频及功率幅值矩阵，根据相应的公式计算出固气比矩阵、管截面的平均固气比；由流型的脉动－层析模糊判别并图象重建出管内流型；根据象素图计算各种流型下的隶属度，然后，依据模糊判别最大隶属度原则来判定流型。优点是操作简单，自动检测、量化分析方便，流型图象直观，具有解释和分析功能。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种管内气固两相流流型的识别方法。
技术介绍
在实际气固两相流工业应用过程中，两相流流型的不同，不但影响到系统的流动特性、传热和传质性能，而且影响系统运行的可靠性和效率，同时对气固两相流参数的测量也往往依赖对流型的了解，因此，流型是气固两相流系统中具有重要工程意义的检测对象。对于流型识别，目前国内外的方法有1、直接法根据两相流的流动形式，直接确定流型，该方法优点是简单直观，缺点是无法量化，误差大；2、间接法通过能反映两相流动波动特性的信号进行统计分析，确定流型，该方法优点是可以进行量化分析，缺点是精度不高，不能对流动进行局部分布的实时分析；3、层析成像技术依据重建的管截面图像，获得有关管截面内离散相局部分布的实时信息，判断管内流动状况和检测参数的大小。目前使用得比较多的是流动层析成像技术对流型的识别，由于流动层析成像技术对流型的识别所要求的重建图像的分辩率和精度不高，而对能实时反映其流型变化的动态过程要求较高，因而该研究方法还局限于仅提供直观的能反映流型的图像，而对于如何从直观的图像中通过图像解释和分析进行流型判别方面所作的工作较少，针对这样的状况，本专利技术利用上述三种方法的各自优点，对其进行有机的结合和创新，提出一种管内气固两相流流型的频谱一层析识别方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出一种对管内气固两相流中的固气比和管截面流型进行实时检测的方法，并根据流型的变化预测堵管现象，若发生堵管征兆，则进行报警或发出一控制信号，快速进行有关的操作防止堵管的发生。1、本专利技术管内气固两相流流型的识别方法的步骤是方法步骤为a、在水平气固两相流的管道上垂直向下开一小孔，插入特制的细防堵取压管，其全压取压孔正对来流方向，静压取压孔与来流方向垂直，根据需要在同一管截面的不同位置测出相应全压和静压；b、由数据采集装置完成信号的A/D转换，由计算机对信号进行滤波处理，并计算出该截面的速度矩阵和静压主频及功率幅值矩阵；c、根据相应的公式 计算出固气比矩阵，并算出管截面的平均固气比；d、由流型的脉动--层析模糊判别并图象重建出管内流型，e、根据所重建管截面图象的自上而下逐行排列n个象素图的统计特性来计算各种流型下的隶属度，然后，依据模糊判别最大隶属度原则来判定当前的流动状态属于何种流型。当判定有“堵管”趋势时，及时发出提示警告或反馈相应的操作。本专利技术与现有技术相比具有以下优点操作简单，便于自动检测；量化分析方便，流型图象直观；具有图象解释和分析功能，可进行流型判别。附图说明图1为流型辩识实验系统图，图2为管内测点布置位置图；图3为降半Γ—分布图。具体实施例方式当气固两相流在管内流动时，它将会产生压力脉动，影响压力脉动特性的因素有气固两相流速度，颗粒相浓度以及给料装置送风系统和管道布置等，其中后面两个因素一方面可以通过改进系统装置结构来减轻对管内压力脉动产生的影响，另外当整个输送系统一旦建立后，系统结构对压力脉动信号的影响基本上保持不变，这样就可以通过软件滤波的方法消除其噪声。这样一来影响压力脉动信号的因素主要是气流速度和颗粒相浓度。由图1所示，流型辩识实验系统包括压力变送器、A/D转换器、滤波及频谱分析、CRT、图相重建、模糊判别，图中虚线表示测量截面的分界线，流型辩识实验系统分别对气固两相流在水平、垂直管内流动时改变流动参数对压力脉动的影响进行了试验研究，研究发现在所研究的风速和浓度范围内，压力脉动信号的功率谱分析能较好地反映气流速度和颗粒相浓度的影响，当气流速度增加时脉动功率谱的幅值随着增加，脉动主频特征越来越明显，当颗粒相浓度增加时脉动主频减少，功率谱的幅值增加且脉动主频变得越明显。为了得到管内气固两相流动时的管截面连续图象，必须根据管截面上的压力信号的测量结果进行相应的功率谱分析，然后利用分析结果进行图象重建，图象重建的理论过程如下设待重建的连续图象为f(x，y)，其重建区域为Ω，平面被网格划分离散化后分为N个像素区，每一个像素区用Ωi表示，i＝1，2，......N，离散化后的数字图像用N维向量F表示，每个像素区灰度用fi表征，设其投影为Pj，M为总投影数，这样投影值Pj的积分表达式为Pj=∫∫Ωf(x,y)dxdy---(1)]]>根据线积分分段求和逼近的原理展开，投影值Pj可表示为如下线性方程Pj=Σi=lNWij·fi---(2)]]>其中，Wij表征第i个像素对第j个投影值贡献的权重系数，同时在离散化的数字图像中，一个像素区是被视为一个点来处理，第i个像素区的灰度值f1表征的是该像素区的平均灰度，fi的表达式为fi=∫∫Ωif(x,y)dxdy∫∫Ωidxdy---(3)]]>由此可见，基于式(3)，对于有M个投影值的图像重建系统，图像重建问题就归结为如下线性方程组的求解问题P1＝W1，1f1+W2，1F2+……+WN，1fNP2＝W1，2f1+W2，2f2+……+WN，2fN(4)PM＝W1，Mf1+W2，Mf2+……+WN，MfN由图2所示，对水平管截面沿径向分成n等分，每一网格代表一个像素区，并且认为同一像素区内各部分有同样的特征变量，这样管截面连续图像f(x，y)被离散化后，可用一个N维的向量F＝T来表示。现在考虑用脉动信号功率谱密度函数中的主频fm和主频相对应的功率幅值Am重建流型辨识图像模型问题，在通过软件滤波仅考虑气流速度和颗粒相浓度对管内流动压力脉动信号产生影响的情况下，气流速度uj和浓度mj(i＝1，2，......N，j＝1，2，......M)同所对应的气固两相流动脉动信号功率谱中主频 和振幅 之间存在对应关系，即其表达式为 这样，由大量试验求出不同管内流速ui和颗粒相浓度mi下，压力脉动值功率谱中主频fmi和振幅Ami，也就是ui·mj→fmi+Ami，建立工程应用范围即一定的管内流速和颗粒浓度范围内的管内流速、颗粒相浓度和脉动主频、振幅间一一对应关系数据库，有了这样的关系数据就可以通过测量如图2所示不同截面的气流速度和压力脉动信号，对压力信号进行频谱分析得出fmi和Ami，然后根据关系数据库求出不同ui和fmj、Amj下的颗粒相浓度mj，用数学表达式表示为 由于试验所得的数据中ui、mj和fmj、Amj的关系是有限的，因而在用上式计算时，往往实时检测到的气流速度ui，压力脉动信号中主频fmj和功率幅值Amj并不一定正好等于数据库中的值，这时必须采用三次样条插值的方式进行求解mj。有了实时检测到的颗粒相浓度mj，就可以通过下式计算出管截面近似的颗粒相浓度m‾=∫∫j=1→nm1dxdy∫∫j=1→ndxdy----(7)]]>对不同的颗粒相浓度赋予不同的灰度值，就可以得出管截面的流动层析图像，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种管内气固两相流流型的频谱－层析识别方法，其特征在于，所述的方法步骤为：ａ、在水平气固两相流的管道上垂直向下开一小孔，插入特制的细防堵取压管，其全压取压孔正对来流方向，静压取压孔与来流方向垂直，根据需要在同一管截面的不同位置测出相应全压和静压；ｂ、由数据采集装置完成信号的Ａ／Ｄ转换，由计算机对信号进行滤波处理，并计算出该截面的速度矩阵和静压主频及功率幅值矩阵；ｃ、根据相应的公式＊＊＊计算出固气比矩阵，并算出管截面的平均固气化；ｄ、由流型的脉动－－层析模糊判别并图 象重建出管内流型，ｅ、根据所重建管截面图象的自上而下逐行排列ｎ个象素图的统计特性来计算各种流型下的隶属度，然后，依据模糊判别最大隶属度原则来判定当前的流动状态属于何种流型。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：潘卫国，
申请(专利权)人：上海电力学院，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]