[发明专利]一种基于相空间拓扑因果的两相流瞬时分相持率预测方法

说明书

本发明涉及一种基于相空间拓扑因果的两相流瞬时分相持率预测方法，包括：设计一个电导式网格传感器，并将其安装在圆形管道上，电导式网格传感器为由两层互相垂直而不接触的平行金属细线形成8×8的电导式网格传感器；提取电导式网格传感器的每帧数据；根据分布在电导式网格传感器交叉点上的测量数据的归一化值，构造一个一维的数据序列；根据相空间嵌入理论，将一维数据序列S的每个数据片段都嵌入相空间，在相邻的相空间之间建立映射Φ；训练径向基神经网络对映射Φ进行估计，根据估计误差计算因果指数；任意相邻的相空间之间都可计算一个因果指数；得到一个因果指数序列R；利用因果指数序列R预测两相流瞬时持水率。

技术领域

本发明涉及一种基于相空间拓扑因果的两相流瞬时分相持率预测方法

背景技术

两相流现象广泛存在于化工、石油、核工程等领域，如气液两相流、油水两相流等。两相流的湍动特性复杂，相间滑脱严重，导致两相流具有复杂的时空结构和多尺度特征。例如，在气液两相流流动过程中，可能出现不稳定的分层界面波、拟周期运动的泰勒泡、随机分布的气泡。两相流的复杂流动结构给其分相持率测量带来极大挑战。目前，电学、声学传感器在两相流分相持率测量方面已有较多的应用，但是由于传感器检测场的软场特性，两相流分相持率测量精度较低。

传感器测量信号中蕴含丰富的流体动力学信息。因此，可以考虑从传感器测量信号的波动特征中提取两相流的分相持率信息。测量信号的因果特性研究是学者持续关注的热点。通过将两个耦合的测量信号嵌入到高维相空间，Sugihara等(Detecting causalityin complex ecosystems,Science,2012,338,496-500.)最早提出基于相空间收敛交叉映射的因果测度计算方法。随后，Harnack等(Topological causality in dynamicalsystems,Physical Review Letter,2017,119:098301)发现相空间交叉映射的局部扩展特性可指示两个耦合测量信号的因果关系。Ma等(Detecting causality fromnonlineardynamics with short-term time series,Scientific reports,2014,4:7464)指出相空间的拓扑特征可反映测量信号的因果关系，并提出相空间交叉映射光滑度的概念，通过建立径向基神经网络对交叉映射进行估计，研究表明径向基神经网络的训练误差可用于计算测量信号的因果指数。

本发明中，利用两相流实验中获得的电导式网格传感器的测量信号，提出一种基于相空间拓扑因果的两相流瞬时分相持率预测方法。该方法可以实现气液和油水两相流中瞬时分相持率的准确预测。

发明内容

本发明的目的是提供一种可以准确预测两相流瞬时分相持率的方法，利用两相流实验中获得的电导式网格传感器的测量信号，建立一维数据序列；将一维数据序列按采样先后顺序，分成不同数据片段；利用相空间嵌入理论，将各个数据片段嵌入相空间；最后，基于相空间的拓扑因果分析提取因果指数，因果指数可准确的预测两相流的瞬时分相持率。技术方案如下：

一种基于相空间拓扑因果的两相流瞬时分相持率预测方法，该方法包括以下步骤：