小波分析方法在研究筛板塔气液两相流场特征中的应用

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1 小波分析方法在研究筛板塔气液两相流场特征中的应用
刘彤辉 贾胜坤

2 目录 背景介绍 信号特点 小波分析过程 结果分析 结语

3 塔板上的流动特点 在精馏的研究中的筛板塔气液两相错流流动是十分复杂的。由筛孔上升的气相在流域中形成气泡群和水平流动的液相发生复杂的作用，液体呈类似沸腾的剧烈湍动状态，而不象单相流那样的固定流股。 实际的塔板流场既没有稳定的流股，也不是一味的混乱，而是有一定时间周期性的流场。

4 X型热膜探针 热膜流速仪是一种广泛应用于流体速度测量的系统, 测量所用的敏感元件为热膜探针, 它通过敏感元件的热量衡算将热膜两端的加热电压与经过其表面的流体速度联系起来. 测量所用热膜探针由系统加热, 并由系统中的仪器控制施加在其上的电流、电压, 使其保持一恒定的高温, 当流体经过探针时将产生冷却效应, 通过测量敏感元件所耗散的电能就可推算出流体的流速。

5 原始电压信号图 下图是截取的一段热膜流速仪测得的气液两相电压信号。采样频率为500HZ，采集时间为10.24s，共5120个数据。

6 电压信号特点 在图中，电压较高的是液相信号，较低的是气相信号。气液信号交替出现，形成剧烈的脉动。
存在两个低电压信号区中间夹着一个尖锐的电压高峰的现象。 中间的电压的高峰是大气泡间液相薄膜留下的痕迹，这个电压的高峰的电压值非常高，说明气泡与液相的交界处，液相的速度比液相主体大，而且，越是薄的液膜留下的信号值越大。

7 小波信号分析的使用 采用小波分析作为工具分析由热膜流速仪获得的塔板气液两相电压信号
对一时间序列信号 , 在小波函数族 下作小波变化得到小波系数 是小波母函数， 分别代表频率的变化和时间的变化。

8 采用Gauss小波作为小波母函数，为Gauss函数的一阶导：
是相容性系数，对高斯小波 =1 考察 E(a)，就可以知道气液湍动在尺度 a 上的能量大小，从而寻找出哪个尺度湍动是主要的。

9 子波系数图（点2-3）

10 从图中可以观察到在低频出现的小波系数峰和在高频出现的小波系数峰所对应的结构是不同的。
低频子波系数峰对应的结构是大时间跨度，大波幅的结构。 高频小波系数峰对应的结构是小波幅，但以周期性多次重复为特征。 无论高频还是低频都有可能是比较重要的湍动尺度，这要通过脉动能量分析确认。

11 E(a)-a曲线 在大气泡破裂的位置应是脉动能量最大的所在。据此推测，在塔板上 4cm 的高度应是大气泡充分形成并破裂的高度。

12 Thank You !