本发明专利技术提供基于独立成分分析和互相关技术的水平管弹状流参数测量方法，它是在由结构相同的双截面电学传感器阵列、电子测量电路和成像计算机构成的电学层析成像系统中，引入独立成分分析和互相关技术实现水平管两相流弹状流特征参数测量方法，即，使用独立成分分析方法分析原始测量数据，发现峭度最大的独立成分与弹状流中液弹的变化信息具有很好的对应关系，进一步利用互相关技术，对上、下游测量截面获得的峭度最大的独立成分消除循环平稳特性后进行互相关计算，获得弹状流中液弹的平均速度，利用液弹持续的时间乘以液弹的平均速度获得平均的液弹长度。这种方法利用电学层析成像系统所获得的测量值无需结合其他测量数据获得水平管弹状流的速度和长度，节省了测量的成本，拓宽了电学层析成像系统在两相流测量中的应用范围，有利于精确测量水平管弹状流参数。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于两相流测量
，涉及过程流动成像研究领域的信息技术，特别是 一种。
技术介绍
弹状流(slugflow)是多相流(尤其是油气混输管道)中一种最常见的流型，由于其流动的间歇性，引起管道中持液率和压力的急剧波动，并使运行在该流型下的管道相应承受间歇性应力冲击。同时，离开管道末端的大液塞会引起下游设备中的液位剧烈波动。为保证管线和下游处理设备的最优设计和安全操作，必须能够掌握、测量和预报弹状流特征参数的大小与变化规律。弹状流的特征参数强烈依赖于管道的几何尺寸和流体的物性参数，由于实验室试验条件和实际工业管道几何与运行条件的差别，实验室模拟试验的结果应经过现场试验数据的检验和修正才有应用价值。因此，如何从现场工业管道上获得有价值的试验数据，成为弹状流流动特性研究的关键。电学层析成像技术是基于电特性敏感机理的过程层析成像技术，它的物理基础是基于不同的媒质具有不同的电特性(电导率/介电系数/复导纳)，判断出敏感场内物体的电特 性分布便可推知该场中媒质的分布情况。它运用传感器阵列形成旋转的空间敏感场，对 包含多种不同介质的容器或管道从不同的观测视角进行扫描，当场内介质的电特性分布 发生变化时，场内电流密度、电势分布也随之变化，从而导致场域边界上的测量数据发 生变化，边界测量数据的变化信息对应电特性的变化信息，运用相应的成像算法，便可 重建出实际对象的物质分布，并可对物场分布实现可视化。目前电学层析成像技术在两相流测量的应用，主要可以概括为以下几个方面1、 提供被测流体在流体管道某一横截面的实时图像，用于识别与判断两相流的流型及确定相间界面；2、 用于确定两相流体各相组分在容器或管道中的局部浓度分布，进一步处理分析可 得到各相组分的总浓度；3、 确定离散相的颗粒尺寸和运动轨迹等微尺度参数；4、 将电学层析成像技术与相关技术结合可以获得两相流的速度信息，通过图像重建 可以获得截面分相含率信息，二者结合可实现对两相流体的总流量、各分相流量的测量6及流体在管道横截面上速度分布的实时测量。其中与相关技术的结合由于可以获得两相流的速度信息，拓宽了电学层析成像的应 用范围。目前文献中，通过像素相关的方法可以获得测量截面速度场的分布，如WangM等 人2006年发表于《粒子与粒子系统表征》(Particle & Particle Systems Characterization) 第23巻，第321-329页，题为《应用电阻层析成像可视化漩涡流中气泡速度分布》 (Visualisation of bubbly velocity distribution in a swirling flow using electrical resistance tomography)的文章，如G. Vilar等人2008年发表于《化学工程学报》(Chemical Engineering Journal)，题为《应用电阻抗层析成像在线分析振荡折流板反应器中分布结构》(Online analysis of structure of dispersions in an oscillatory baffled reactor using electrical impedance tomography)等；但是由于无法将截面的每个象素与实际的多相流组分一一对应，所以 无法准确获得相关速度的物理意义，也无法获得弹状流中液弹的平均速度和液弹长度。目前文献中提及利用电学层析成像技术对弹状流进行测量，需要结合更多的其他数 据，比如视频图像，如K丄.Ostrowski等2000年发表于《化学工程学报》(Chemical Engineering Journal)的第77巻，第43-50页，题为《电容层析成像在水平管气动输送器 流型在线、离线分析中的应用》(Application of capacitance electrical tomography for on-line and off-line analysis of flow pattern in horizontal pipeline of pneumatic conveyer)。但是具体 的应用电学层析成像技术测量弹状流中液弹的速度和长度，尤其是只利用电学层析成像 系统所获得的测量值不结合其他测量数据的方法尚未有报道。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出一种基于独立成分分析和互相关技术的水平管弹状流参数测 量方法，有利于精确测量水平管弹状流参数，节省了测量成本。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是提供一种基于独立成分分析和互相关技 术的水平管弹状流参数测量方法，该测量方法是在由结构相同的双截面电学传感器阵列、 电子测量电路和成像计算机构成的电学层析成像系统中，对水平管两相流弹状流测量，该测量方法包含有以下步骤(1)双截面电学层析成像系统中，若每一截面有N个测量电极，分别将由双截面电 学层析成像系统获得的水平管道弹状流的原始完全测量数据转换成N个电极上的时间序列矩阵r;w、 r2w，其中，T^w为上游测量截面的时间序列矩阵，r2^M为下游测7量截面的时间序列矩阵，下标W为每一截面有N个电极，下标M为每个电极上的采样数 为M，记77w^,/ = 1，2表示上述时间序列矩阵，/=1时，即为上述H^M， /=2时，即为上述r2^^(2) 分别对所述时间序列矩阵n^M、 r2^^进行预处理，包括中心化和白化，获得白化后的矩阵Z,，下标/ = 1,2，下标;=1时，即Z,，表示由上游测量截面时间序列矩阵n^经预处理获得的白化后的矩阵，下标/ = 2时，即z,，表示由下游测量截面时间序列矩阵T2.VxM经预处理获得的白化后的矩阵；(3) 将所述白化后的矩阵Z,进行变换，使输出矩阵1;=^2,的各行向量之间相互独 立，即求解混合矩阵^，进而得到独立成分集合y, ， K为iVxM的矩阵，K中每一行对 应于一个独立成分a，下标/ = 1，2分别对应上、下游测量截面的变量，下标/ = 1时，对 应上游测量截面的变量，下标/ = 2时，对应下游测量截面的变量，^代表独立成分集合，下标,、i时，即r。代表上游测量截面的独立成分集合，下标/ = 2时，即^，代表下游测量截面的独立成分集合，w代表解混合矩阵，下标/ = 1时，即w，代表上游测量截面的解混合矩阵，下标/ = 2时，即『2，代表下游测量截面的解混合矩阵；(4) 分别计算所述独立成分集合y,、 1^中各独立成分a的峭度，分别提取^、 ^中峭度最大的独立成分；(5) 分别消除双截面峭度最大的独立成分的循环平稳特性，得到特征向量C1、 C2;(6) 对所述特征向量C1、 C2进行互相关计算，获得相关速度即是液弹的平均速度；(7) 利用所述液弹的平均速度乘以液弹持续的时间，即可获得平均的液弹长度。 本专利技术的有益效果是该方法拓宽了电学层析成像在两相流测量领域的应用范围，无需结合其他途经获得的更多的测量数据，只利用电学层析成像自身的数据即可获得水平 管弹状流液弹的速度和液弹的长度这两个重要的弹状流特征参数，节省了测量成本。该 方法通过对电学阵列传感器提供的原始测量数据进行独立成分分析，利用峭度最大的独 立成分与弹状流中液弹的变化信息具有很好的对应本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于独立成分分析和互相关技术的水平管弹状流参数测量方法，该测量方法是在由结构相同的双截面电学传感器阵列、电子测量电路和成像计算机构成的电学层析成像系统中，对水平管两相流弹状流测量，该测量方法包含有以下步骤： （１）双截面电学层析成像系统中，若每一截面有Ｎ个测量电极，分别将由双截面电学层析成像系统获得的水平管道弹状流的原始完全测量数据转换成Ｎ个电极上的时间序列矩阵Ｔ１↓［Ｎ×Ｍ］、Ｔ２↓［Ｎ×Ｍ］，其中，Ｔ１↓［Ｎ×Ｍ］为上游测量截面的时间序列矩阵，Ｔ２↓［Ｎ×Ｍ］为下游测量截面的时间序列矩阵，下标Ｎ为每一截面有Ｎ个电极，下标Ｍ为每个电极上的采样数为Ｍ，记ＴＩ↓［Ｎ×Ｍ］，Ｉ＝１，２表示上述时间序列矩阵，Ｉ＝１时，即为上述Ｔ１↓［Ｎ×Ｍ］，Ｉ＝２时，即为上述Ｔ２↓［Ｎ×Ｍ］； （２）分别对所述时间序列矩阵Ｔ１↓［Ｎ×Ｍ］、Ｔ２↓［Ｎ×Ｍ］进行预处理，包括中心化和白化，获得白化后的矩阵Ｚｉ，下标ｉ＝１，２，下标ｉ＝１时，即Ｚ１，表示由上游测量截面时间序列矩阵Ｔ１↓［Ｎ×Ｍ］经预处理获得的白化后的矩阵，下标ｉ＝２时，即Ｚ↓［２］，表示由下游测量截面时间序列矩阵Ｔ２↓［Ｎ×Ｍ］经预处理获得的白化后的矩阵； （３）将所述白化后的矩阵Ｚ↓［ｉ］进行变换，使输出矩阵Ｙ↓［ｉ］＝Ｗ↓［ｉ］Ｚ↓［ｉ］的各行向量之间相互独立，即求解混合矩阵Ｗ↓［ｉ］，进而得到独立成分集合Ｙ↓［ｉ］，Ｙ↓［ｉ］为Ｎ×Ｍ的矩阵，Ｙ↓［ｉ］中每一行对应于一个独立成分ｙ↓［ｋ］，下标ｉ＝１，２分别对应上、下游测量截面的变量，下标ｉ＝１时，对应上游测量截面的变量，下标ｉ＝２时，对应下游测量截面的变量，Ｙ↓［ｉ］代表独立成分集合，下标ｉ＝１时，即Ｙ↓［１］，代表上游测量截面的独立成分集合，下标ｉ＝２时，即Ｙ↓［２］，代表下游测量截面的独立成分集合，Ｗ↓［ｉ］代表解混合矩阵，下标ｉ＝１时，即Ｗ↓［１］，代表上游测量截面的解混合矩阵，下标ｉ＝２时，即Ｗ↓［２］，代表下游测量截面的解混合矩阵； （４）分别计算所述独立成分集合Ｙ↓［１］、Ｙ↓［２］中各独立成分ｙ↓［ｋ］的峭度，分别提取Ｙ↓［１］、Ｙ↓［２］中峭度最大的独立成分； （５）分别消除双截面峭度最大的独立成分的循环平稳特性，得到特征向量Ｃ１、Ｃ２；（６）对所述特征向量Ｃ１、Ｃ２进行互相关计算，获得相关速度即是液弹的平均速度； （７）利用所述液弹的平均速度乘以液弹持续的时间，即可获得平均的液弹长度。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：许燕斌，王化祥，崔自强，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：12[中国|天津]
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