基于EMD多尺度能量熵的气液两相流型表征

采用经验模态分解(EMD)和信息熵相结合的方法研究垂直上升气液两相流多尺度非线性动力学特性。首先,对采集的电导波动信号进行经验模态分解,然后根据得到的本征模态函数分量(IMF)求取指标能量,在此基础上建立了一种基于指标能量的多尺度特征熵计算方法。结果表明,多尺度特征熵值不仅可以作为流型识别的特征向量,同时还可有效揭示气液两相不同流型的复杂流动特性。     

九寨沟世界遗产地旅游流时间特征分析

引入4种指数和小波分析工具定量探讨九寨沟旅游流的时间特性。以morlet母小波对1994-2006年逐月和2003-2006年逐日两个旅游流时间序列实施小波变换,揭示了九寨沟旅游流多时间尺度的复杂结构,分析了不同尺度下的周期性。结果表明：在年际尺度上,旅游流呈现出三次函数增长方式,其年内分布为明显的三峰型;在月际尺度上,旅游流季节波动特性逐步变小;近13年来,旅游流存在1年左右的变动周期,尤在近4年表现强烈,此外该时段还在50～70天小尺度上存在周期现象。小波分析的时频局部化特性可以展现旅游流时间序列的精细结构,为分析旅游流时间特性提供了一种新途径。     

三相流化床流动结构特征的小波分析

在横截面0.1 m×0.01 m、高0.8 m的三相流化床实验装置上,开展了小波分析特征参数定量表征流型的研究.实验中空气和水分别作为气相和液相介质,固体实验物料采用粒径为48μm的玻璃粉,对实验采集的压差脉动时间序列采用小波分析进行分解,得到不同尺度的小波信号标准差和小波熵,定量表征不同操作参数下,三相流化床中均匀流、过渡流和非均匀流3种流型对应特征值的变化规律.分析得到均匀流、过渡流、非均匀流的能量分布主要集中在宏观尺度和中尺度上,数量达到97%以上,而且中尺度、宏观尺度信号d3~d6的小波信号标准差范围值依次增大.均匀流小波熵的范围为0.169 6~0.291 3 det,与其他2种流型相比要大一些.结果表明,宏观尺度和中尺度信号的小波分析,能够很好地表征均匀流、过渡流、非均匀流3种流型.与小波熵相比,小波信号标准差能够更好地表征均匀流、过渡流、非均匀流3种流型.     

水平管气水两相流分相界面识别

气液两相流中界面波动的存在,使得两相流的传热、传质及阻力特性发生很大的变化,因此对气液两相流界面波动理论和实验的研究有着重要意义.基于电阻层析成像(ERT)技术将独立成分分析和多尺度分析结合提取水平管气液两相流分相界面波动信息,通过与ERT纵断面成像时间序列的比较分析,并且经过大量的实验验证表明,对水平管气液两相流中的弹状流、分层流、波状流,该方法可有效地获得界面波动信息;对塞状/泡状流提取的独立分量呈现出高频特性,进一步结合多尺度分析可获得界面波动信息.     

基于复杂网络的气液两相流流型识别与动力学特性分析

气液两相流作为一个非线性动力系统,其流动演化动力学特性尚未得到清楚的认识.以垂直上升管内空气-水两相流为研究对象,在通过流态模拟实验系统获取流态压差时间序列的基础上,构建流态复杂网络和流动演化复杂网络对气液两相流流型及其非线性动力学特性进行了研究.通过对流态复杂网络社团结构的分析获得了其社团结构与不同流型的对应关系,从而实现了对包括过渡流型在内的5种流型的辨识.通过对流动演化复杂网络分析发现,不同流型的流动演化复杂网络呈现出不同的社团结构,而且网络的信息熵演化趋势与流型转化过程密切相关,可以较好地揭示垂直上升管内气液两相流流态演化的动力学特性.     

溴化锂浓度及纳米颗粒对气泡泵流型及提升量影响的实验研究

为改善气泡泵特性,了解溴化锂溶液浓度和纳米颗粒添加量对气泡泵流型及溶液提升量影响、不同流型对溶液提升量影响十分必要.搭建两级气泡泵吸收式制冷实验台,利用高速摄像仪记录气泡在一级提升管内运动过程,探究不同条件下流型之间的差异以及对溶液提升量的影响.实验结果表明:管内先后出现泡状流、弹状流、段塞流、搅拌流和环状流五种流型;弹状流、段塞流和环状流对溶液提升量均随浓度的增大而增大,随纳米Cu O添加量增大而增大,但纳米添加剂添加量大于0.25%后,溶液提升量不再提高.     

小波多尺度分析的浸润线预测方法

为提高浸润线的预测精度,减少尾矿库安全预警的误报和漏报,采用小波多尺度分析方法对浸润线监测数据序列进行预处理,并利用Matlab程序实现.以MAE,MSE,MAPE,MSPE作为预测精度的评价指标,对两个工程实例进行研究.结果表明:多尺度小波分析预测模型的MAE,MSE,MAPE,MSPE值较其他模型低.因此,通过多尺度小波分析处理,能够较大地提高预测模型的预测精度.     

功率谱熵在垂直于水平流向的气液两相流压差信号中的应用

对垂直于水平流向的气液两相流压差信号进行了实际测量,对采集的信号提取其功率谱熵值.结果表明:压差信号的功率谱熵受外界压力变化影响较小,对两相流流型变化是敏感的,通过分析功率谱熵值随气液两相流气相流速变化趋势,能够较好地揭示水平管道气液两相流流动特性,为两相流流型的准确识别方法提供有价值的参考.     

刚-柔耦合的对称天线结构非线性主共振

本文研究了主共振激励下空间天线的非线性动态响应.考虑机械臂与天线的耦合,提出了一种由两级刚性臂与两根各向同性柔性梁组成的T-型梁式结构.采用Lagrange方程和假设模态方法,建立了T-型刚柔耦合天线面内四自由度非线性动力学方程.利用多尺度法获得主共振三次近似解,得出系统主共振幅频响应解析方程.对系统幅频响应进行分析,结果表明主共振响应存在多解和非线性跳跃现象,激励对模态幅值及非线性特性具有显著影响.随着激励的增大,系统出现由刚度硬特性向软特性的转变;当激励超过临界值时,系统幅频响应表现出刚度渐软特性,共振频率随简谐激励幅值的增大而减小.     

TBM液压阀块流道压降特性研究

针对全断面硬岩掘进机(TBM)掘进过程中强振动对液压阀块内部流道的影响,建立了基础振动下U型、Z型、V型3种典型流道的流场仿真模型,并通过实验验证了仿真模型的正确性.仿真分析了振动方向和强度对典型流道压降特性的影响规律.研究发现:基础振动下液压阀块流道的压降随时间做周期性波动,压降的波动幅值和平均值随着振动强度的增大而增大;在阀块内布置流道时,U型流道应避免Y方向的振动,Z型流道应避免X方向的振动,V型流道应避免Z方向的振动.研究结果能为基础振动下液压阀块结构的设计提供理论依据.     

利用瞬态法提取岩样非Darcy流渗透特性

建立了一种测定岩样非Darcy流渗透特性试验系统的动力学模型.基于岩样两端孔隙压差的时间序列,利用差分计算或曲线拟合得到渗流速度及其变化率的时间序列.通过线性回归,得到岩样的Forchheimer非Darcy流渗透特性,即渗透率、非Darcy流β因子和加速度系数.试验结果表明,无论岩样处于峰前还是峰后应力状态,岩样中的渗流都不服从Darcy定律;当非Darcy流β因子为正时,非Darcy流的渗透率κ小于Darcy流的渗透率κD;渗透率(κ和κD)、非Darcy流β因子和加速度系数可近似表示为应变的幂指数函数;三种渗透特性中的每两种整体上存在幂指数关系;在加载的初始阶段,由于孔隙和微裂隙的压缩和闭合,渗透率随应变减小,而非Darcy流β因子和加速度系数随应变增大;随后,由于裂隙的扩展,岩样的渗透率迅速增大,而非Darcy流β因子和加速度系数迅速减小,并在峰值应力附近达各自的极值;由于围压的作用,峰后应力状态下岩样的渗透特性随应变的变化缓慢.图3,参18.     

基于小波熵对微机电陀螺仪中噪声的研究

多尺度熵可以用于描述时间序列在不同时间尺度上的无规则程度,基于小波的多尺度分解,提出一种用小波熵对微机电陀螺仪噪声分析的方法。通过分析微机电陀螺仪中不同噪声的功率谱特性,从理论上验证了典型的白噪声和1/f噪声的存在,并对白噪声和1/f噪声的小波熵计算公式进行了推导。结合实验对设计方案进行了性能测试,根据微机电陀螺仪的实测数据,描述了小波熵随尺度变换的特性。实验结果为现有微机电陀螺仪的噪声分析提供了一种新的方法,并从理论和实际的角度共同验证了小波熵的准确性和适用性。     

生理时间序列的一种符号化分析方法

提出了一种分析生理时间序列的方法,即对重构的相空间进行符号化分析.因生理时间序列通常是非平稳的,为去除时间序列中的局部趋势、提取时间序列的波形特征,相空间中的向量被归一化,从而具有相同的均值和标准差.然后,引入最大拓扑熵（MTE）原则来寻找相空间的适当划分以实现向量的符号化.采用Logistic映射和人体运动信号检验的结果表明,用MTE原则比用最大熵原则得到的划分更接近最优划分.原时间序列的波动特征用出现的字模式个数与所有可能的字模式个数之比以及字模式分布概率的Shannon熵来描述.对人体运动信号的分析结果表明,该方法能够有效区分不同生理状态下的时间序列.     

基于滑动样本熵的动力学状态识别

样本熵是有效刻画系统复杂性的动力学指数,运用滑动技术生成样本熵函数,分析线性和非线性时间序列在不同动力学状态下的变化.结果显示,对于线性和非线性时间序列,动力学状态发生改变时,样本熵函数均有明显变化,其中,样本熵函数跳跃点指示了动力学状态突变点.进一步对比传统的识别方法,滑动样本熵体现出更好的稳定性和适用性,表明滑动样本熵方法能有效识别时间序列动力学状态,为时间序列的动力学状态分析提供一条新的途径.     

基于小波熵的BPSK信号码元速率估计算法

为了解决在低信噪比下准确地估计BPSK信号的码元速率问题,提出了基于小波能谱熵和小波时间熵的两种码元速率估计算法.通过一维多尺度小波变换重构高频部分,分别计算重构信号的小波能谱熵和小波时间熵.对于小波能谱熵,可以直接求取码元速率;对于小波时间熵,需要根据进一步叠加运算后的峰值来求取码元速率.仿真实验表明这两种方法都可以很好地处理低信噪比下BPSK信号的码元速率估计问题,并且比瞬时自相关法具有更强的抗噪性和适应性.     

海陆交互相黏性土蠕变试验与经验模型研究

海陆交互相沉积土是在复杂的沉积环境下形成的,其力学性质与其他沉积土有所区别.针对大连海陆交互相黏性土原状样,采用三轴排水蠕变试验对黏性土的蠕变特性进行了研究,分析了轴向应变、体应变、轴向应变速率与蠕变时间、偏应力间的关系.基于蠕变试验结果,耦合Mesri模型与三次多项式,建立了可以描述土体衰减蠕变与加速蠕变过程的经验模型.结果表明,该地区土体具有典型的非线性蠕变特性,随着偏应力的增加,非线性蠕变特性愈加明显.在低偏应力作用下,蠕变过程表现出衰减蠕变与剪缩特性;在破坏偏应力下表现出加速蠕变与剪缩、剪胀交替特性.轴向应变速率随着蠕变时间的增加而减小,随着偏应力的增大而增大,而偏应力对m值(曲线斜率)的影响较小.试验结果与模型计算结果吻合较好,表明新建模型适用于描述该地区海陆交互相黏性土的蠕变特性.     

基于模糊熵的时间序列非线性检测方法

针对目前常用的特征量有关联维数和近似熵这两个指标在应用中存在不足,提出了一种新的替代数据法对时间序列中的非线性特性进行检测。替代数据法由零假设和检验特征量两部分组成。笔者提出将模糊熵作为特征量引入到替代数据法中检测时间序列的非线性特征,并在Logistic方程产生的非线性时间序列,以及线性AR模型产生的线性时间序列上进行了验证。研究结果表明,对于不同长度的时间序列,基于模糊熵的替代数据法是一种稳定、有效的非线性检测方法。     

基于0-1测试法的Verhulst种群序列混沌识别

0-1测试法是通过离散数据转化变量的线性增长率K(c)的输出值是否趋近于1或0来判断离散序列是否具有混沌特性的新方法.以经典Verhulst种群模型生成的3组时间序列(弱混沌、完全混沌、3-周期)为研究对象,对不同的增长因子!和数据长度N进行序列模拟,验证0-1测试方法的有效性和抗噪性.结果显示:0-1测试法能有效识别Verhulst序列的混沌特征,其中弱混沌序列K(c)值随数据长度的增加不断增大到0.700 3,完全混沌序列的K(c)值趋于1,3-周期序列K(c)值趋于0;进一步对3种序列添加正态白噪声(噪声比=5%),添加后对应K(c)值的变化不大,说明低强度噪声并不能影响其序列具有的内在非线性特性,即0-1测试法具有一定的抗噪性.     

基于DFA的我国股票市场标度特性研究

将消除趋势波动分析法(DFA)应用于我国沪深两市不同时间标度收盘指数的对数收益率序列,全面分析了我国股市的标度特性.发现标度指数随着考察时间的长短,即数据个数的不同而不同,但从长期来看,两市波动都存在持久性特征,而且收益率的绝对值序列和平方值序列的持久性更明显;在相同时间范围内,不同时间标度序列的标度指数相差不大,存在标度不变性;小标度时间序列存在多重分形特征.这些结果说明我国股票市场存在复杂的非线性动力学特性.     

具有结构非线性的超音速翼面气动弹性分析

为分析超音速流中全动操纵面的非线性气动弹性特性,采用描述函数法计入操纵间隙引起的结构刚度非线性,用修正的活塞理论计算非定常气动力,并以龙格-库塔法按时间步推进运动方程,求解非线性系统的响应特性。某超音速小展弦比全动翼面的气动弹性响应分析结果表明,由于结构非线性的影响,在一定的速度范围内,系统响应出现极限环运动;且极限环幅值随来流速度的增大而增大;操纵间隙增大,极限环振荡的频率、幅值均增大。分析结果为飞行器的结构设计提供了参考。