水平油水兩相流複雜網路非線性動力學特性研究

《水平油水兩相流複雜網路非線性動力學特性研究》是依託天津大學，由高忠科擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：水平油水兩相流複雜網路非線性動力學特性研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：高忠科
• 依託單位：天津大學

項目摘要

本項目在設計電學敏感原理感測器測量系統基礎上，採用複雜網路理論研究水平油水兩相流流動特性非線性動力學。利用天津大學油氣水多相流模擬裝置進行動態實驗，採集水平油水兩相流不同流型特徵的電導及電容感測器測量波動信號；基於測量信號構建並分析兩相流多尺度相空間複雜網路，從微觀到巨觀探索由層狀流到波狀流再到分散流演化過程中油滴生成及分離動力學機制；構建並分析兩相流有向加權遞歸複雜網路，研究由局部分散到雙分散再到全空間分散流型轉化過程中油相與水相擴散動力學機制。本項目旨在促進多學科的交叉滲透和共同發展，通過複雜網路理論綜合認識水平油水兩相流複雜流動機制及非線性動力學演化行為，力求解釋水平油水兩相流流型的形成、生長及轉化動力學現象，從而為兩相流相間相互作用機理從微觀到巨觀認識研究提供新思想、建立新途徑。

結題摘要

本項目以感測器最佳化設計和動態實驗為信息採集基礎，以複雜網路前沿理論為主線，開展多學科交叉研究，探索水平油水兩相流流型的形成、生長及轉化動力學機制，主要包含三部分內容： 1. 採用有限元方法對四扇區電導感測器和雙螺旋電容感測器進行最佳化設計，硬體設計了感測器測量電路、數據採集與預處理系統和數據通訊接口，成功研製了一套基於四扇區電導感測器及雙螺旋電容感測器的水平油水兩相流空間流動信息獲取測量系統。圍繞新型感測器結構、感測器最佳化設計方法及測量系統設計申請國家發明專利3項。 2. 在天津大學檢測技術與自動化裝置國家重點學科多相流實驗進行了水平油水兩相流動態實驗，並採用設計的感測器測量系統獲取了具有不同流型演化特徵的測量信號。提出多元多尺度相空間複雜網路分析理論，為複雜網路多尺度分析提供新思路。基於測量信號和複雜網路多尺度分析，在辨識流型的基礎上分析不同尺度下各種子過程量化特徵與兩相流流型演化動力學關係，揭示了水平油水層狀流失穩機制、層狀流到分散流轉化過程中油滴的生成與分離動力學機制。 3. 提出有向加權遞歸複雜網路分析理論、基於模態遷移的有向加權複雜網路分析理論和有限穿越可視圖分析理論，豐富與發展了基於時間序列的複雜網路動力學研究理論。基於實驗測量信號和複雜網路分析理論，揭示了由局部分散到雙分散再到全空間分散流型轉化過程中油相與水相的擴散動力學機制，研究發現液滴的破裂和聚合(液滴的穩定性問題)以及液滴的徑向移動(液滴受力問題)直接決定著分散流型的生成與演化。該研究補充完善現有KH波不穩定性理論在水平油水兩相流分散流演化機制研究中的局限性，豐富水平油水兩相流分散流型轉化動力學機制研究理論。通過對該項目的研究，研究成果整理髮表為32篇標註本基金資助的SCI論文和在德國Springer出版的英文學術專著一部。