基于主成分分析与支持向量机回归的气液两相流容积含气率的测量

李洪伟，周云龙，刘 旭

(1.华北电力大学，北京102206;2.东北电力大学 能源与动力工程学院，吉林 吉林132012)

两相流广泛存在于化工、冶金和能源等各个工业领域。在生产工程中，需要对多相流或两相流的参数进行实时测量，其中相浓度的在线测量十分重要［1］。目前，国内外对两相流含气率的测量研究较多，测量方法有快速关闭阀门法、电导法、射线衰减法、压差法、微波法、光纤探针及电导探针法等［2-6］。但这些方法测量的数据多为单点、定常或时均值，不能测量整个流动断面上的瞬时含气率分布。

近年来，随着计算机技术的发展，数字图像处理作为一种现代化信息处理技术已被大量用于两相流的实验研究中，它具有非接触、可视化、在较大流动区域内可对各相运动同时进行瞬时测量的特点。本文采用数字图像处理技术，对水平管内气液两相流的流动图像进行拍摄，将连续图像转换为单帧图像，然后对每一帧图像进行灰度纹理特征的提取，应用主成分分析对所提取的特征向量进行约简，得到最有代表性的特征。对得到的有效特征与容积含气率之间建立起关系。文章中用到两种方法的公式拟合，一种是应用一个特征值的方法，应用matlab7.0进行非线性模拟，另一种是应用三个对流型影响较大的特征值，采用支持向量机进行非线性回归，然后将两种拟合结果进行对比，首次将图像的灰度纹理特征与气液两相流的容积含气率建立起关系。

1 实 验

实验是在空气-水两相流系统上完成的，见图1所示。……