CN106227975A - 海洋条件下流型实验辨识方法 - Google Patents

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谢添舟
徐建军
鲍伟
陈炳德
黄彦平
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    • G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation

Abstract

本发明公开了海洋条件下流型实验辨识方法，包括以下步骤：1)、获得无量纲气泡弦长Cb *的概率密度函数f(x)；2)、将概率密度函数f(x)与各个典型无量纲气泡弦长的PDF分布图进行对比判定流型。本发明通过建立不同流型的标准PDF图，将实验流型所测得的概率密度函数f(x)的与标准PDF图进行不交判断所属流型，提高了海洋流型判断的准确性。

Description

海洋条件下流型实验辨识方法
技术领域
本发明涉及海洋流型辨识技术领域，具体涉及海洋条件下流型实验辨识方法。
背景技术
当船舶在海洋条件下航行时，会受海水和风浪的作用处于倾斜、起伏和摇摆等海洋运动条件，并由此产生了一些不同于静止条件下的附加力，如切向力、离心力，科氏力；同时还伴随着浮力在流动方向上的变化，这些力的共同作用会影响通道内流型形态及演化进而导致两相流动、传热特性发生变化。因此，对海洋条件下两相流型进行准确判定对于准确计算海洋条件下两相流动、传热特性等具有重要意义。
目前，静止条件下的流型判定大多采用可视化的方法，其优点在于可以直接观察流型之间的转变，缺点在于主观性较大，存在较大不确定性，同时由于可视窗的存在，在中高压条件下不适用。
发明内容
本发明的目的在于提供海洋条件下流型实验辨识方法，解决现有的辨识方法导致的流型判断不准确的问题，本发明所述的辨识方法还对精确计算流动压降、传热系数等具有有重要价值。
本发明通过下述技术方案实现：
海洋条件下流型实验辨识方法，包括以下步骤：
1)、获得无量纲气泡弦长Cb *的概率密度函数f(x)；
2)、将概率密度函数f(x)与各个典型无量纲气泡弦长的PDF分布图进行对比判定流型。
本发明通过建立不同流型的标准PDF图，将实验流型所测得的概率密度函数f(x)的与标准PDF图进行不交判断所属流型，提高了海洋流型判断的准确性。
进一步地，PDF分布图的制备过程为：对于每个典型流型重复步骤1)的操作，对步骤1)的结果进行优化筛选获得PDF分布图。
所述优化筛选具体是指将出现概率较多的概率密度函数f(x)作为标准PDF分布图。
进一步地，步骤1)中采集气泡数量大于2000个，且采集周期大于3倍运动周期。
实验证明，采用上述气泡采集方法，气泡弦长的PDF(概率密度)分布结果将不受气泡数量和采集时间的影响。
进一步地，概率密度函数f(x)的获得包括以下步骤：
a)、用双探头光学探针测得气泡的轴向运动速度Vb，计算出t2j-1时刻的气泡弦长Cb，Cb的计算方式为：Cb＝Vb(t2j－t2j-1)；
b)、计算出t2j-1时刻的无量纲气泡弦长Cb *，Cb *的计算方式为：Cb *＝Cb/D，其中D为通道水力直径；
c)、f(x)的计算方式为：f(xi)＝Pi/Δx；式中，Pi＝ni/N；Δx为无量纲气泡弦长Cb *分组组距，Pi为Cb *在第i组的概率，ni为Cb *出现于第i组的气泡个数，N为总的气泡个数。
其中，vb为轴向气泡速度，可用双探头光学探针同时测得，气泡弦长Cb是指气泡运动过程中穿过探针的长度，对于t2j-1时刻穿过探针的气泡。
进一步地，还包括以下步骤：
e)、获得不同流型的标准Cb/D值：对于每个流型重复步骤a)、b)操作，获得若干Cb/D值，选取相对集中的Cb/D的范围值作为标准Cb/D值；
f)、将实验流型测得的Cb/D值标准Cb/D值进行比较判断流型类型。
进一步地，不同流型包括弥散泡状流、泡状流和弹状流，其中，弥散泡状流的标准的Cb/D值为小于等于0.2；泡状流的标准的Cb/D值为0.2-1.5；弹状流的标准的Cb/D值为大于等于1.5。
对于本领域技术人员，通常指针对典型流型进行识别，还没有想到对临界区域的流型进行较为准确的辨识，也不容易想到通过测量Cb/D值对散泡状流、泡状流和弹状流，上述辨识方法以及标准Cb/D值是申请人通过大量实验加以分析获得。
具体地，利用本海洋条件下流型实验辨识方法开展海洋条件下两相摩阻及传热实验时，通过双探头光学探针采集气泡数据，利用后处理软件得到无量纲气泡弦长的PDF分布函数，再根据获得的气泡弦长PDF分布图对海洋条件下流型进行定量识别。
已利用本方法对海洋条件下两相摩阻及传热实验开展研究，实验结果显示本方法能准确辨识海洋条件下弥散泡状流、泡状流和弹状流。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
1、本发明通过建立不同流型的标准PDF图，将实验流型所测得的概率密度函数f(x)的与标准PDF图进行不交判断所属流型，提高了海洋流型判断的准确性。
2、本发明通过建立不同流型的标准Cb/D值，不但可对典型流型进行识别，还可较为精确对临界区域的流型进行辨识。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1是探针单探头测量信号示意图；
图2是弥散泡状流的PDF图；
图3是泡状流的PDF图；
图4是弹状流的PDF图；
图5是海洋条件下流型判定流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
在图1中，气相穿过探针时输出信号为高电平，液相穿过探针时输出信号为低电平。在图2-至图4中，图中PDF分布曲线将随横坐标的减小而先骤升后骤降并趋进于0，但由于该区域对应于图中非常小的横坐标区，因此该趋势在PDF分布图中无法直观表示出来。
实施例1：
当实验装置达到设定海洋运动及热工工况并稳定后，通过双探头光学探针采集不少于2000个气泡，且光学探针采集时间不低于3倍运动周期。
如图1至图5所示，海洋条件下流型实验辨识方法，包括以下步骤：
1)、获得无量纲气泡弦长Cb *的概率密度函数f(x)；
概率密度函数f(x)的获得包括以下步骤：
a)、用双探头光学探针测得气泡的轴向运动速度Vb，计算出t2j-1时刻的气泡弦长Cb，Cb的计算方式为：Cb＝Vb(t2j－t2j-1)；
b)、计算出t2j-1时刻的无量纲气泡弦长Cb *，Cb *的计算方式为：Cb *＝Cb/D，其中D为通道水力直径；
c)、f(x)的计算方式为：f(xi)＝Pi/Δx；式中，Pi＝ni/N；Δx为无量纲气泡弦长Cb *分组组距，Pi为Cb *在第i组的概率，ni为Cb *出现于第i组的气泡个数，N为总的气泡个数；
2)、将概率密度函数f(x)与各个典型无量纲气泡弦长的PDF分布图进行对比判定流型；所述PDF分布图的制备过程为：对于每个典型流型重复步骤1)的操作，对步骤1)的结果进行优化筛选获得PDF分布图。
在本实施例中，通过将获得的概率密度函数f(x)与各个典型无量纲气泡弦长的PDF分布图进行比较，能有准确的对典型流型进行识别，相比现有的可视化方法提高了流型识别的准确性。
实施例2：
如图1至图5所示，本实施例基于实施例1，还包括以下步骤：
e)、获得不同流型的标准Cb/D值：对于每个流型重复步骤a)、b)操作，获得若干Cb/D值，选取相对集中的Cb/D的范围值作为标准Cb/D值；
f)、将实验流型测得的Cb/D值标准Cb/D值进行比较判断流型类型；
不同流型包括弥散泡状流、泡状流和弹状流，其中，弥散泡状流的标准的Cb/D值为小于等于0.2；泡状流的标准的Cb/D值为0.2-1.5；弹状流的标准的Cb/D值为大于等于1.5。
海洋条件下Cb/D全都分布在≤0.2时为弥散泡状流，有0.2＜Cb/D＜1.5的气泡分布时为泡状流，而当有Cb/D≥1.5的气泡出现时为弹状流。
在本实施例中利用建立的标准Cb/D值，可实现海洋条件下弥散泡状流、泡状流和弹状流准确识别，对精确计算流动压降、传热系数等有重要价值。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.海洋条件下流型实验辨识方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)、获得无量纲气泡弦长Cb *的概率密度函数f(x)；
2)、将概率密度函数f(x)与各个典型无量纲气泡弦长的PDF分布图进行对比判定流型。
2.根据权利要求1所述的海洋条件下流型实验辨识方法，其特征在于，所述PDF分布图的制备过程为：对于每个典型流型重复步骤1)的操作，对步骤1)的结果进行优化筛选获得PDF分布图。
3.根据权利要求1所述的海洋条件下流型实验辨识方法，其特征在于，步骤1)中采集气泡数量大于2000个，且采集周期大于3倍运动周期。
4.根据权利要求1所述的海洋条件下流型实验辨识方法，其特征在于，概率密度函数f(x)的获得包括以下步骤：
a)、用双探头光学探针测得气泡的轴向运动速度Vb，计算出t2j-1时刻的气泡弦长Cb，Cb的计算方式为：Cb＝Vb(t2j－t2j-1)；
b)、计算出t2j-1时刻的无量纲气泡弦长Cb *，Cb *的计算方式为：Cb *＝Cb/D，其中D为通道水力直径；
c)、f(x)的计算方式为：f(xi)＝Pi/Δx；式中，Pi＝ni/N；Δx为无量纲气泡弦长Cb *分组组距，Pi为Cb *在第i组的概率，ni为Cb *出现于第i组的气泡个数，N为总的气泡个数。
5.根据权利要求4所述的海洋条件下流型实验辨识方法，其特征在于，还包括以下步骤：
e)、获得不同流型的标准Cb/D值：对于每个流型重复步骤a)、b)操作，获得若干Cb/D值，选取相对集中的Cb/D的范围值作为标准Cb/D值；
f)、将实验流型测得的Cb/D值标准Cb/D值进行比较判断流型类型。
6.根据权利要求5所述的海洋条件下流型实验辨识方法，其特征在于，不同流型包括弥散泡状流、泡状流和弹状流，其中，弥散泡状流的标准的Cb/D值为小于等于0.2；泡状流的标准的Cb/D值为0.2-1.5；弹状流的标准的Cb/D值为大于等于1.5。
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