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混沌分析方法及其在气-固流化床中的应用

段文锋  
【摘要】: 应用混沌理论深入研究流化床动力学行为是当前重大研究课题。目前,在流化床混沌研究中,所采用方法的客观性和有效性以及噪声的影响等因素严重干扰着流化床系统的混沌识别,以至于得到了许多非本质的各不相同的研究结果。本文针对目前流化床混沌研究中所存在的诸多不足,对混沌分析方法进行了研究,同时探讨了流化床混沌运动的本质及其特征。 首先对混沌分析中的关联维计算方法进行了研究。提出了关联维优化算法,此算法视嵌入维的不同一般可节约机时6~10倍,极大地减少了从单变量时间序列提取关联维的运算时间,为我们的混沌研究提供了方便;其次,从关联积分所表达的空间几何意义出发,探讨了时间序列的自相关性对关联维计算的影响的实质,从而从理论高度指出了消除这一影响的重要性和可行性,有助于我们正确提取系统混沌特征参数;更为重要的是分析了延迟重构法存在的缺陷,提出了改进导数重构法,有效地克服了Packard导数重构法在实际应用中所存在的问题,使之能用于实际系统的混沌研究。改进导数重构法的提出对混沌分析方法的实际应用有着重要意义。 在上述工作基础上对气固流化床的混沌特性进行了研究。通过频域分析发现节涌床和循环床中的主体运动(气栓运动和絮状物运动)的频率特征明显与床层中的其它波动信号相区别,使我们有可能从频域上提取出主体运动信息来进行混沌分析。分别对床层主体运动信号和整个波动信号(去除高频测量噪声)进行的混沌研究表明,节涌床和循环床中的压力波动既存在混沌运动的成分又存在随机运动成分。流化床中的混沌是在强噪声背景下的混沌运动。这种 四川大学博士学位论文 强噪声背景是流化床中的一些固有随机信号形成的,正是它的存在制约着我们 的混饨研究。所以必须采取措施消除床层中的固有随机成分的影响,否则不能 正确地提取到流化床中的混饨运动特征。研究同时还表明节涌床和循环床中的 主体运动(气栓运动和絮状物运动)具有高维混饨特征,延迟重构法不宜用来 揭示这种混饨特征。 通过Lyapunov指数分析进一步研究了节涌流化床和循环流化床的混饨特 征。研究表明,气栓或絮状物的混饨运动特征受到床层中其它运动信号的千扰。 一‘’”-’”’””———””—”””—”—”””—”一一‘”’”—————””’”一’””一一‘”’—一’-’一 各 进一步证实了流化床中的混饨是在强噪声背景下的混饨运动。研究结果显示, 节涌床中气栓的混饨特征参数 Lyypunov维数随气速的变化呈现明显的“ W” 变化,“W”型变化趋势的两个低点预示着节涌床中气栓运动状态的转变。循 环床中部絮状物混饨运动特征参数都随气速的变化先减小后增大,而且,在低 气速下和高气速下都呈随机特性。在床层上部絮状物运动呈现明显的随机运动 特征。同时探讨了在节捅床和循环流化床中,不同操作条件(气速,高径比, 轴向位置)对流化床主体运动(气栓运动和絮状物运动)混饨特征参数(LyapVflOV 指数,Ly8PUflOV XW数和 K。lffi。gT。V嫡)的影响。 上述研究结果发展了混饨分析方法,深化了对流化床馄饨特性的认识, 有助于进一步掌握流化床的动力学行为和实际应用。


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