[发明专利]基于广义复合多尺度熵的气液两相流流型非线性动力学分析方法

权利要求书

1.基于广义复合多尺度熵的气液两相流流型非线性动力学分析方法，其特征在于：包括如下步骤：

(1)获取气液两相流不同流型的压差波动时间序列样本数据，具体为：在多相流检测实验室进行垂直上升管内气液两相流流型演化模拟实验，实验在25℃条件下进行，实验工质为空气和水，通过阀门先将混相器内水流量固定，然后在混相器内逐步增加空气流量，当气液两相达到充分混合后，通过阀门调节获取不同的气液两相流型，当流型平稳后人工记录气液两相流量配比情况，使用压差变送器与数据采集卡进行压差波动时间序列的数据采集，并通过高速摄像机记录流型图像信息，模拟实验中共观察到泡状流、塞状流和混状流三种流型；

(2)将步骤(1)获取的气液两相流不同流型的压差波动时间序列进行广义粗粒化处理；具体过程如下：

对数据长度为N的气液两相流压差时间序列{x(i)，i＝1，2，3，...，N}进行广义粗粒化处理，多尺度因子为τ时，构建长度为L＝N/τ的连续粗粒化时间序列其中：

式中：τ为尺度因子，为τ尺度下的第k个广义粗粒化时间序列，j为的第j个点；

(3)将步骤(2)获取的不同尺度因子的每个广义粗粒化时间序列进行多尺度熵值计算，然后再对τ个多尺度熵进行均值化，得到不同尺度下广义粗粒化时间序列的复合多尺度熵。对获取的不同尺度下的广义粗粒化时间序列进行相空间重构，如下式所示：

式中：m为嵌入维数，Y_k,m^τ(i)为尺度因子τ下第k个广义粗粒化时间序列的重构向量组；

(4)对尺度因子τ，分别计算出该尺度因子下每个广义粗粒化序列Y_k,m^τ(i)和Y_k,m+1^τ(i)重构向量中各向量之间最大差值的绝对值d[Y_m^τ(i),Y_m^τ(j)]，如下式所示：

d[Y_m^τ(i),Y_m^τ(j)]＝max{|y_m^τ(i+h)-y_m^τ(j+h)|,0≤h≤m-1}

统计在m和m+1维下d[Y_m^τ(i),Y_m^τ(j)]＜r(r为相似容限)的向量个数B_m^τ和A_m^τ；

(5)在1≤k≤τ范围内，对每个尺度因子τ，计算其相应的广义粗粒化时间序列的多尺度熵En(m,r,L)，如下式所示：

然后对τ个多尺度熵值取平均，则得到尺度因子τ下时间序列广义复合多尺度熵GCMSE为：

(6)根据步骤(2)、(3)、(4)、(5)所描述的广义复合多尺度熵方法，计算垂直上升管内气液两相流三种流型压差波动时间序列的熵值，绘制不同流型的广义复合多尺度熵值变化趋势图，结合气液两相流流型演化特征分析其非线性动力学特性的变化；

(7)根据步骤(6)所获得的广义复合多尺度熵值变化趋势图为基础，计算不同流型压差波动时间序列的广义复合多尺度熵增长速率，实现气液两相流流型的表征与识别。

2.按照权利要求1所述的基于广义复合多尺度熵的气液两相流流型非线性动力学分析方法，其特征在于所获取的三种流型的压差波动时间序列有75组，每组时间序列的长度为N＝10000，进行广义粗粒化处理时所选取的尺度为τ＝20，其中1-7为低尺度，8-14为中尺度，15-20为高尺度。

3.按照权利要求1所述的基于广义复合多尺度熵的气液两相流流型非线性动力学分析方法，广义复合多尺度熵的计算过程，其特征在于计算广义复合多尺度熵时，所选择的嵌入维数m和相似容限r为m＝2、r＝0.15SD，SD为输入数据的标准差。

4.按照权利要求1所述的基于广义复合多尺度熵的气液两相流流型非线性动力学分析方法，其特征在于计算广义复合多尺度熵值增长速率时，选择前七个尺度的广义复合多尺度熵进行线性化拟合并。