基于HHT与SVM的气液两相流双参数测量

【摘要】：气液两相流广泛存在于石油、化工、冶金、医药、电力等领域，其参数的测量对于国民经济、生产安全都有十分重要的意义。两相流动是一个十分复杂的过程，参数较多，检测相当困难。流型、空隙率是气液两相流中非常重要的参数，而且测量比较困难，还影响两相流其它参数的测量。本文采用文丘利管作为测量装置，对文丘利管差压信号与气液两相流的流型关系进行了深入的研究，提出了一种基于HHT(Hilbert-Huang Transform)与模糊推理的气液两相流流型识别方法，实现了对气油、气水两相流典型流型的识别；通过分析差压信号的波动成份、平稳成份与空隙率的关联，提出了基于HHT与SVM(Support Vector Machine)结合的空隙率估计方法。本论文的主要研究成果有： 1．提出了基于HHT的差压波动信号滤波方法。该滤波方法利用HHT的带通滤波特性，实现对泡状流、弹状流、塞状流、混状流差压信号有效滤波，滤波后可以很好的保留两相流差压信号的非线性特征。 2．提出了利用HHT进行两相流差压信号的时频分析方法。通过分析不同流型信号的边界谱、瞬时能量可以分别在频域、时域内对信号进行研究。而通过信号的Hilbert-Huang谱，能够同时在时频域分析信号的变化情况，也就是可以清楚了解信号在不同时刻频率成份及其强度。这样可以更加直观分析不同流型下信号的特性。 3．通过对不同流型差压信号的HHT结果的研究，发现信号不同频率范围能量分布具有很大的差异，为了定量描述这种差异，定义了不同频率范围(不同模态)信号所占的能量比作为特征变量，通过对不同频率能量比的分析，提出了基于HHT的流型识别方法，并建立了相应的流型图。根据建立的流型图，建立模糊推理规则，从而实现对流型准确客观的识别。特别是对过渡区的流型识别更加具有意义。 4．经过HHT后信号大体上被分解为两个部分，一是不同的固有模态，代表信号的波动成份，另一部分是残差，反映信号的平稳成份或趋势项。通过分析发现波动成份与空隙率有很大的关系，而残差与流量关系很大。在此基础上提出了基于HHT与SVM的气液两相流空隙率估计方法。通过对不同管径的气油、气水两相流的实验结果表明，该方法对空隙率的估计具有很高的精度，且受实验条件影响小，易于实现。