摇摆条件下的自然循环流动不稳定性非线性时序分析

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本文对摇摆运动下两相自然循环流动不稳定性进行了非线性时间序列分析。海洋条件下的自然循环流动不稳定性呈现丰富的非线性特征,随着加热功率的增加,摇摆条件下的自然循环系统会出现单相脉动、波谷型脉动、不规则的复合型脉动、规则的复合型脉动和高含汽率小振幅脉动五种流动状态。本文对由实验得出的各种流动状态的时间序列进行了非线性时序分析。通过谱分析分析了时间序列的频谱特性,通过相空间重构在相空间中描述吸引子结构,应用G-P算法确定嵌入维数、关联维和Kolmogorov熵(K熵)的值,应用小数据量法计算最大Lyapunov指数(MLE)的值。根据几何不变量的计算结果分析了流动不稳定性的非线性特征,其中不规则复合型脉动是典型的混沌振荡,气泡行为、热驱动力、流动阻力和摇摆引起的附加外力的相互作用和反馈导致了混沌的出现。通过对加热功率、入口过冷度、摇摆等因素对流动不稳定性影响的分析表明:摇摆加剧了两相自然循环系统的不稳定性,使系统非线性特征更加明显;随加热功率增加,系统非线性特征先增强,在不规则的复合型脉动时出现混沌振荡,继续增加加热功率,系统非线性特征又降低;高入口过冷度降低了系统的稳定性。通过频率谱演化,吸引子结构的复杂程度和几何不变量数值变化趋势等方面分析了摇摆条件下自然循环不稳定性的非线性演化机理。通过分析发现:气泡行为导致的热驱动力、摩擦阻力与摇摆引起的附加外力的相互作用是系统非线性演化的根本因素;系统在波谷型脉动时发生倍周期分岔,并在不规则的复合型脉动时出现混沌振荡,在规则复合型脉动时开始变的有序;相空间中的吸引子由极限环经拟周期到复杂的奇隆吸引子,然后经拟周期回到稳态的小振幅脉动;关联维数、Kolmogorov熵和最大Lyapunov指数的计算结果的变换趋势也说明,从单相脉动到小振幅脉动,系统的复杂程度先增强后减弱。
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