【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于渦流管復雜能量分離和流動可視化的非接觸測量方法，特別是涉及一種渦流管復雜渦旋流動可視化在線測量方法。
技術介紹
1、渦流管是一個簡單的熱力裝置，它能夠把壓縮氣體分離成冷熱兩股氣流。它內部沒有任何運動部件，結構簡單，使用便利，具有體積小、重量輕、工質綠色環保、不需要任何維修費用等優點。渦流管在制冷、制熱、氣體分離、空氣除濕、天然氣液化、低溫生物、精密儀器、航空航天等諸多領域有著巨大的發展潛力和廣闊的發展前景。盡管渦流管應用廣泛，但能量分離效率較低一直制約著它的繼續發展，于是世界各國研究人員對渦流管能量分離機理和性能開展了大量理論與實驗研究。看似結構和操作非常簡單的渦流管，其內部進行的卻是非常復雜的三維運動，涉及到流體力學、傳熱學、熱力學等諸多交叉學科領域。渦流管內復雜的三維強旋流的流動形式是限制對其能量分離機理清晰認知的難點所在，且清晰的溫度和速度分布以及流動結構對于解釋這一現象是必不可少的。從ranque專利技術渦流管以來，學者們對其能量分離機理的探索從未間斷過，但是，因渦流管設計結構、加工工藝、材料選取、工質使用等方面的不同，目前得到的結果都尚未進行統一，迄今為止對它內部的能量分離機理還沒有一種清晰的、能夠被廣泛接受的認識。隨著渦流管在工業應用中的不斷深入，人們希望對渦流管的能量分離機理以及結構改進等有更深刻的認識，以更好的理解渦流管的能量分離現象并通過機理來指導結構的改進和性能的優化，創新實現渦流管更廣泛的應用。然而，目前對于渦流管的實驗技術研究遠遠滯后于現有應用的研究，由于缺乏可靠的流場可視化儀器，對于渦流管
2、為了了解渦流管內流體的流動形式，一些學者通過選用透明材質的玻璃或者樹脂等材料加工制作渦流管，來實現對渦流管內部場的可視化。這些基于示蹤的可視化研究有助于初步理解渦流管內的主要流動形式，鑒于強旋流導致的強離心力，示蹤粒子往往很難獲得準確、穩定的流動跡線。此外，由于可視化研究只能定性描述渦流管內的流動，對于更多的詳細數據，比如壓力、溫度、速度場分布等，還需要進一步深入研究測量方法。
3、目前獲得渦流管內的三維流場的方法主要有接觸測量和非接觸測量兩種。接觸測量一般采用皮托管、熱電偶和熱線風速儀等儀器對渦流管主流道進行侵入式實驗測量，可以得到速度場、壓力場和溫度場的定量信息。由于渦流管尺寸受限，侵入式的探針測量會對渦流管的內部流場造成一定的干擾，而且大部分工況比較單一，無法得到全場的速度，難以分析流動結構隨工況變化的機制。非接觸測量有紅外測量、粒子成像技術和激光多普勒測速等。這種非侵入式測量能夠避免對流場的干擾，測量精度較高。但是，非接觸測量測量技術需要借助示蹤粒子來完成實驗，故而對示蹤粒子的跟隨性以及散射性要求比較高。此外，被流體夾帶的粒子密度與流體密度有明顯差異，不可能百分之百地完全跟隨流體一起運動，粒子速度或多或少的與流速不等，這是激光測速儀的首要誤差。同時，由于光在渦流管圓形壁面的折射性以及高離心力作用，這種非接觸測量中的示蹤粒子進入管子后會立即拋向管壁，使得相機(或探頭)無法捕捉到粒子信息，導致示蹤粒子跟蹤不穩定，流場跟蹤跡線不可靠。最后，這種測量方法一般只能測量低壓入口工況下的渦流管內部流場，而且測量靜壓還需要其他的輔助儀器，局限性比較大。
4、侵入式探頭測量技術通過在管壁上鉆孔來獲得壓力場、速度場和溫度場分布，雖然被廣泛采用，但是在一定程度上會對管道壁面產生破壞，而且難以應用于小型渦流管。為了獲得更豐富、更準確的流場信息，基于非侵入式測試技術的小尺寸渦流管實驗技術意義重大。盡管以粒子成像以及激光相位多普勒測速法為代表的實驗測試技術較為成熟，會對渦流管內部流動研究帶來幫助，但是，粒子成像測速法以及激光相位多普勒測速儀價值相對昂貴，難以推廣。未來需要進一步研發便捷、成本低廉的流動可視化測試方法，助力渦流管復雜流動機理和能量分離機制的深度探索。
技術實現思路
1、本專利技術基于聲學層析成像技術構建渦流管復雜渦旋流動可視化測量方法，該方法具有不接觸渦流管內部復雜流動、測溫范圍寬、測量區域范圍大且實時在線測量的優點?；诼晫W層析成像的溫度測試方法可以精準反演渦流管內氣體溫度分布，進而通過溫度場間接刻畫雙螺旋冷熱氣流結構。該方法能夠克服現有技術的不足，對于渦流管復雜流場的可視化而言，具有誘人的應用前景。
2、有鑒于此，本專利技術一種渦流管復雜渦旋流動可視化在線測量方法，包括以下基本操作步驟；
3、s1：建立渦流管特征參數精準辨識與測試方法；
4、s2：針對渦流管內眾多熱點分布散亂且熱點所在位置的隨機性特征，構建渦流管管壁聲波收發器陣列布置方案和有效聲波傳播路徑；
5、s3：針對渦流管內部非均勻的溫度分布特征，基于前向展開聲線追蹤技術建立考慮聲線彎曲效應的溫度場層析成像算法；
6、s4：在滿足測量精度的前提下，建立精簡聲波收發器的方法，充分檢驗收發器陣列的布局方案；
7、s5：深度融合聲學層析實驗數據、流動物理模型和機器學習算法，構建“測算融合、構效一體”的渦流管流動在線反演數字孿生方法，實現渦流管復雜旋渦高保真度鏡像和低時延可視化。
8、進一步地，所述步驟s1中，建立渦流管特征參數精準辨識與測試方法，具體包括以下步驟：
9、第1-1步，對渦流管復雜旋渦動力學特征參數進行敏感性分析，基于復雜測點最優布局技術進行傳感器布置，提高傳感信息密度并減少信息的冗余度；
10、第1-2步，通過在相同測點布置不同類型傳感器以及不同測點布置不同類型的傳感器，實現從不同角度同一維度和不同角度不同維度對渦流管內部復雜流動進行更精確細致地感知；
11、第1-3步，將實驗數據、快速傅里葉變換和小波算法與機器學習方法深度融合，采用多源數據分割與降噪技術從源頭減少因數據質量不佳而引起的偏差，對渦流管流動實測數據進行可靠性時頻分析。
12、進一步地，所述步驟s2中，構建渦流管管壁聲波收發器陣列布置方案和有效聲波傳播路徑，具體步驟如下：
13、第2-1步，設計不同的渦流管管壁聲波收發器陣列布置方案；
14、第2-2步，建立數據采集與傳輸系統，實時向上位虛擬機虛擬實驗系統傳遞渦流管聲學層析成像測試數據；
15、第2-3步，通過實測數據與聲學模擬明確發射聲波的收發器與其它接收聲波的收發器間有效聲波傳播路徑。
16、進一步地，所述步驟s3中，基于前向展開聲線追蹤技術建立考慮聲線彎曲效應的溫度場層析成像算法，包括以下步驟：
17、第3-1步，根據渦流管聲速分布與各路徑聲波傳播時間的函數關系，建立溫度場正問題模型，進而構建基于聲學層析成像的溫度場反問題的算法；
18、第3-2步，基于三角形前向展開聲線追蹤和最小二乘法建立溫度場重構算法，構建考慮聲線彎曲效應的二維溫度場；
19、第3-3步，建立正四面體前向展開聲線追蹤技術，實現考慮聲本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種渦流管復雜渦旋流動可視化在線測量方法，其特征在于，基于聲學層析成像的非侵入式測試技術，在線反演渦流管復雜流動，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的一種渦流管復雜渦旋流動可視化在線測量方法，其特征在于，所述步驟S1中，建立渦流管特征參數精準辨識與測試方法，具體包括以下步驟：
3.根據權利要求1所述的一種渦流管復雜渦旋流動可視化在線測量方法，其特征在于，所述步驟S2中，構建渦流管管壁聲波收發器陣列布置方案和有效聲波傳播路徑，具體步驟如下：
4.根據權利要求1所述的一種渦流管復雜渦旋流動可視化在線測量方法，其特征在于，所述步驟S3中，基于前向展開聲線追蹤技術建立考慮聲線彎曲效應的溫度場層析成像算法，包括以下步驟：
5.根據權利要求1所述的一種渦流管復雜渦旋流動可視化在線測量方法，其特征在于，所述步驟S4中，建立精簡聲波收發器陣列布局方案的方法，如下：
6.根據權利要求1所述的一種渦流管復雜渦旋流動可視化在線測量方法，其特征在于，所述步驟S5中，構建“測算融合、構效一體”的渦流管流動在線反演數字孿生方法，詳細步驟如下
...【技術特征摘要】
1.一種渦流管復雜渦旋流動可視化在線測量方法，其特征在于，基于聲學層析成像的非侵入式測試技術，在線反演渦流管復雜流動，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的一種渦流管復雜渦旋流動可視化在線測量方法，其特征在于，所述步驟s1中，建立渦流管特征參數精準辨識與測試方法，具體包括以下步驟：
3.根據權利要求1所述的一種渦流管復雜渦旋流動可視化在線測量方法，其特征在于，所述步驟s2中，構建渦流管管壁聲波收發器陣列布置方案和有效聲波傳播路徑，具體步驟如下：
4.根據權...
【專利技術屬性】
技術研發人員：趙亞洲，王璇，李丹丹，李勝，高近爽，李丹艷，章文愷，劉原楷，陳啟銳，
申請(專利權)人：杭州潤熙新能源科技有限公司，
類型：發明
國別省市：
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