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图4.8单相流动时压差波动的PSD分析
1.单峰分布
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图4.9 泡状流时压差波动的PSD分析
这种分布出现在很低的含气率和高含气率两个区域，分别见图4.9和图4.10。图中含气率?是用中国电站水动力计算法求得，xe是热平衡干度，以加热段出口处计算的值为准。
由图4.9和图4.10可见，在1Hz附近存在着能量很高的单峰，在其他频域区能量的波动幅度接近于零。说明管内汽相与液相的相互作用与运动的频谱特性相对比较单一，流动过程没有发生显著变化。联系泡状流与环状流的运动特征，低含气率的单峰分布对应于泡状流，而高含气率下的单峰分布则对应于环状流.对于泡状流，压差的
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波动主要是由汽泡群流经测量段所引起的。液相折算速度增加，汽泡运动速度也增加，流经测量段的时间减少，压差波动的能量增加，峰值对应的频率略有增加，但对带宽的影响并不明显?44?。当环状流动时，汽液两相界面的波动及液膜内汽泡的运动是导致压差波动的主要因素，液速的影响与泡状流类似。
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图4.10环状流时压差波动的PST分析
这种分布出现在很低的含气率和高含气率两个区域，分别见图4.9和图4.10。图中含气率?是用中国电站水动力计算法求得，xe是热平衡干度，以加热段出口处计算的值为准。
由图4.9和图4.10可见，在1Hz附近存在着能量很高的单峰，在其他频域区能量的波动幅度接近于零?45?。说明管内汽相与液相的相互作用与运动的频谱特性相对比较单一，流动过程没有发生显著变化。联系泡状流与环状流的运动特征，低含气率的单峰分布对应于泡状流，而高含气率下的单峰分布则对应于环状流.对于泡状流，压差的波动主要是由汽泡群流经测量段所引起的。液相折算速度增加，汽泡运动速度也增加，流经测量段的时间减少，压差波动的能量增加，峰值对应的频率略有增加，但对带宽的影响并不明显。当环状流动时，汽液两相界面的波动及液膜内汽泡的运动是导致压差波动的主要因素，液速的影响与泡状流类似。 2.多峰分布
多峰分布出现在中等含气率区，在低频区( < 2 Hz )，出现两个能量较高的峰值，而在高频区的峰值个数不一，但能量较低，见图4.11，相应时域内压差波动信号见图4.12??。
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图4.11间歇流时压差波动的PSD分析
time/s
(a) corresponding to the run ·in Fig.4.11
time/s
(b) corresponding to the run ·in Fig.4.11
图4.12压差波动过程
都存由图4.12知，汽液两相流动有一定的周期性，但很不规则，每个波动周期之间在一些更小的波动。因此两图证明了管内有一系列局部结构各异的两相流流过测量段，可断定是间歇流。折算汽速增加后，Taylor汽泡变得更细和更不规则，分裂成大小各异的多块，液弹及其内部汽泡的分布与形状也都发生了变化，形状与大小各异的汽块和汽泡非均匀地分布在液相内流动，因此，压差波动过程表现出频谱比较分散的特性??。
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图4.13间歇流时压差波动的PSD分析
time/s
(a) corresponding to the run ·in Fig.4.13
time/s
(b) corresponding to the run ·in Fig.4.13
图4.14压差波动过程
在这组分布中，存在如图4.13所示的特例。压差波动的能量规则分布，在不同的频率处分布着一高一低两个峰值，高峰与低峰处的频率分别在0.5 Hz和1.5Hz附近，相差3倍，这是类似于矩形波的典型分布。在高频区的峰值极小，只能在更小尺度下才能观察到。这种双峰分布说明，流经测量段的两相流存在两种有明显差异的流动结构及特征。相应的信号波动过程见图4.14，具有明显的周期性。由于Taylor??汽泡的
48密度和粘性系数远小于液弹，其压力梯度也远小于液弹的压力梯度，因此可断定是弹状流。由于Taylor汽泡的压力波动频率及能量比液弹中分布的小汽泡都要高，因此，高频处的峰与汽弹对应，低频处的峰与液弹对应，并且高频处的峰值高于低频处的峰
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值。图4.14中信号高的区域对应着液弹，而信号低的区域对应于Taylor汽泡区。折算汽速和折算液速增加，峰值变大，并向高频方向移动.仔细分析图4.14的压差波动信号序列，在时间方向依次出现正的压差和负的压差.由前面分析知道，正压差对应于液弹，负压差对应于Taylor汽泡，这是由于Taylor汽泡与管壁之间的液膜做下降运动所致。
反过来看前面的图4.11?49?和对应的信号序列图4.12，图4.13应是多峰分布的特例，因为在实验或现场运行中，不管操作多么认真仔细，工况稳定的时间再长，一个“理想”的稳态条件仍难以获得，弹状流的结构并非一致，既Taylor汽泡以及液弹的长度、形状、速度是变化的，因此，在其频谱图上的峰值个数在更微的尺度上看是非单值的，更多的是如图4.11和图4.12的工况。本文将此对应的流型统称间歇流。
4.2.4流型的客观识别 1.压差频谱分布的特征提取
xe
图4.15压差波动的PSD的RMS特征 G/kg·m
?2·s;
?1880; 700; 535; 350; 220
根据压差波动信号的频谱分析，采用下面方法识别垂直上升管中汽液两相流的流型?50?:①泡状流:单峰分布，发生于低含气率区;②间歇流:多峰分布，低频还有两个高峰值，高频区有多个峰;③环状流:单峰分布，发生于高含气率区。然而，以上的主观
判断准则是在典型工况下获得的，对压差波动过程偏离平稳过程的工况，上面的结论将出现一定的误判，此外也不利于计算机处理和现场的自动流型识别，因此需要作进一步的处理和改进，以便提取压差波动信号的功率谱密度分布的特征。
采用均方根(RMS)??提取压差波动信号的功率谱密度分布的特征，结果见图
514.15。相同工况下平均压差与热平衡干度的关系见图4.16。工况范围如下:压力3.0MPa，质量流速G=210~900 kg·m?2·s?1，热平衡干度xe=-0.12~0.72。需要说明的
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