混沌动力学方法在石油两相管流参数检测中的应用

【摘要】： 两相流参数的测量一直是倍受关注的问题。两相流流型辨识，流量和 含率的测量对两相流系统的工业应用具有重要的意义。本文在对国内外 有关文献资料研究的基础上，提出了将混沌、分形技术应用于两相流参 数检测的新思想。主要工作及成果如下： 1 回顾了混沌理论的发展历史，在对混沌动力学方法作了比较全面 的综述之后，提出了基于混沌的两相流参数测量思路，着重研究 了混沌方法是如何应用于两相流参数检测的问题，设计出基于混 沌方法的两相流参数检测方案，为两相流参数测量开辟了一条新 的途径。 2 对大直径圆管中油水两相垂直流动时的流型重新进行了实验描 述和划分，建立了具有实用价值的流型判别标准，实现了用流量 法和持水率法对流型的辨识。通过模拟实验发现垂直管的流型具 有尺度效应，实验证明，不同实验条件下，尤其是在不同管径下 用流量或流速表示的过渡判据不能成比例地放大或缩小到其它 管径中进行流型判别。 3 建立了适用于垂直管两相流系统的两相流动非线性动力学模 型，用数值实验证明了两相流动中存在混沌现象。理论计算出两 相流系统由稳定的流动转变为混沌时的分叉值和两相流动发生 混沌现象时基本参数的范围。制作出具有推广意义的两相流动系 统的理论图版，并在油水两相流动实验中得到了验证。建立的非 线性动力学模型提供了一种研究两相流动特性的新理论工具。 4 提出了基于混沌分析方法的两相流流型辨识方法，实现了用 Poincare截面、分维数等对流型的客观辨识。通过大直径圆管中 的大量实验验证，对油泡流、分散油泡流两种流型的总体辨识成 功率都在78％以上。实验结果同时表明，关联维数对流型变化比 较敏感，可以作为判别流型的指示器。 5 提出了基于Poincare截面、关联维数分析，实现从单变量动态测 量信号中提取流量和含率信息的两相流参数检测的新方法，并通 一 过实验验证了这种方法的可行性。