基于复杂网络和深度学习的两相流可视化与动力学建模研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61873181
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    66.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0303.系统建模理论与仿真技术
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

This project focuses on gas-liquid two-phase flow and complex network theory. In particular, we first will design a new three-dimensional distributed conductance and capacitance dual-mode sensor and conduct gas-liquid two-phase flow experiments to obtain multi-source measurement signals; then we will develop complex network and deep learning theory to realize multi-source sensor information fusion, aiming to visualize complicated flow structure, measure flow parameters and reveal the dynamical behaviors governing the transitions of different flow patterns. The research works include: Firstly, based on the sensitivity field information, we will develop a novel optimization solution for the design of three-dimensional distributed dual-mode sensors; Secondly, we will propose a wavelet multi-resolution multilayer network method to analyze the multivariate signals from distributed conductance sensor, with the purpose of studying the dynamical mechanics underlying the evolution and transitions of gas-liquid bubble flow, slug flow, churn flow and annular flow; Thirdly, we intend to propose a three-dimensional weighted network to analyze the multivariate signals from distributed capacitance sensor, which allows us to visualize complicated flow structure and probe into the instability mechanism of liquid film between gas slugs and the intermittent oscillation dynamical mechanism of the liquid slugs and gas slugs; Finally, we will develop a complex network-deep learning based soft-sensing model to measure the water volume fraction and phase flow rate in two-phase flow. In this project, based on the optimization design of three-dimensional distributed sensor and experimental data acquisition, we develop and apply the cutting-edge complex network theory to carry out interdisciplinary research, with the purpose of providing important information for the energy-efficient and incremental exploitation of gas field.
本项目以气液两相流为研究对象,在全新设计三维分布式电导电容双模态传感器并获取实验信号基础上,发展复杂网络和深度学习理论融合多源测量信息,旨在实现两相流三维可视化、复杂流动参数测量、流型演化动力学机制揭示。研究内容主要包括:建立基于灵敏场信息的三维分布式双模态传感器优化设计新方案;提出小波多分辨率分层复杂网络理论融合分布式电导传感器测量信息,研究气液泡状流、段塞流、混状流、环状流的生成及演化动力学机制;提出三维加权复杂网络理论融合分布式电容传感器测量信息,实现对两相流复杂流态的三维可视化,并研究气塞之间液膜的失稳机制及液塞与气塞间歇性振荡动力学机制;建立基于复杂网络和深度学习的复杂流动参数软测量模型,实现对油气井中不同地层段含水率和分相流量的测量。本项目以三维分布式传感器优化设计和动态实验为信息采集基础,以复杂网络前沿理论为主线,开展多学科交叉研究,为油气田节能增产开采提供重要指导信息。

结项摘要

本项目针对垂直井气液两相流,通过有限元分析方法设计了双模态传感器、三维分布式扇区电导传感器、Wire-Mesh传感器,该传感器系统可以有效捕获空间场域内复杂流动信息。研发了与传感器相配套的测量系统,开展动态实验获取不同流型下的多源测量信号。提出小波分层复杂网络分析理论对传感器多源信息进行融合,揭示了气液泡状流、段塞流、混状流、环状流的生成及演化动力学机制;提出加权复杂网络理论对分布式传感器多源信息进行融合,基于Wire-Mesh传感器测量数据和深度学习超分辨率技术,实现了对两相流复杂流动形态的可视化,揭示了气塞之间液膜失稳机制以及含泡液塞与大气塞间歇性振荡动力学机制;提出了多任务时间通道融合网络和分阶段密集连接网络两种复杂流动参数软测量模型,实现了对油气井中不同地层段复杂流动参数的精确测量。该研究为解决油气井中复杂流态三维信息获取、复杂流动机制揭示、流型可视化和流动过程参数测量问题提供了新途径。围绕上述研究成果,作为第一/通讯作者在IEEE Transactions on Industrial Informatics、Chemical Engineering Journal、IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement、IEEE Transactions on Neural Networks and Learning Systems、IEEE Sensors Journal、IEEE Transactions on Circuits and Systems II、Petroleum Science、Chaos等期刊上发表SCI检索论文35篇;作为第一发明人,已获得13项国家发明专利授权。项目负责人获得国家优秀青年科学基金项目资助和天津市杰出青年科学基金项目资助,作为负责人获批金额为1600万元的国家重点研发计划课题,项目负责人入选全球高被引科学家、中国高被引学者、天津市中青年科技创新领军人才,获评2021年首届强国青年科学家提名(全国40人)。本项目研发的分布式传感器测量系统和提出的复杂网络深度学习多源信息融合方法,在天津大学模拟井装置上取得了很好的实验效果后,已在中石化胜利油田多个油区进行应用,并取得了显著的经济和社会效益。

项目成果

期刊论文数量(29)
专著数量(0)
科研奖励数量(4)
会议论文数量(0)
专利数量(9)
A graph-temporal fused dual-input convolutional neural network for detecting sleep stages from EEG signals
用于从脑电图信号检测睡眠阶段的图时融合双输入卷积神经网络
  • DOI:
    10.1109/tcsii.2020.3014514
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    IEEE Transactions on Circuits and Systems II: Express Briefs
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Qing Cai;Zhongke Gao;Jianpeng An;Shuang Gao;Celso Grebogi
  • 通讯作者:
    Celso Grebogi
Multiplex limited penetrable horizontal visibility graph from EEG signals for driver fatigue detection
来自脑电图信号的多重有限可穿透水平可见度图用于驾驶员疲劳检测
  • DOI:
    10.1142/s0129065718500570
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    International Journal of Neural Systems
  • 影响因子:
    8
  • 作者:
    Qing Cai;Zhongke Gao;Yuxuan Yang;Weidong Dang;Celso Grebogi
  • 通讯作者:
    Celso Grebogi
A coincidence filtering-based approach for CNNs in EEG-based recognition
基于 EEG 识别的 CNN 的基于重合过滤的方法
  • DOI:
    10.1109/tii.2019.2955447
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    IEEE Transactions on Industrial Informatics
  • 影响因子:
    12.3
  • 作者:
    Zhongke Gao;Yanli Li;Yuxuan Yang;Na Dong;Xiong Yang;Celso Grebogi
  • 通讯作者:
    Celso Grebogi
Dynamic joint domain adaptation network for motor imagery classification
用于运动想象分类的动态联合域适应网络
  • DOI:
    10.1109/tnsre.2021.3059166
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering
  • 影响因子:
    4.9
  • 作者:
    Xiaolin Hong;Qingqing Zheng;Luyan Liu;Peiyin Chen;Kai Ma;Zhongke Gao;Yefeng Zheng
  • 通讯作者:
    Yefeng Zheng
Attention-based parallel multiscale convolutional neural network for visual evoked potentials EEG classification
基于注意力的并行多尺度卷积神经网络用于视觉诱发电位脑电图分类
  • DOI:
    10.1109/jbhi.2021.3059686
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    IEEE Journal of Biomedical and Health Informatics
  • 影响因子:
    7.7
  • 作者:
    Zhongke Gao;Xinlin Sun;Mingxu Liu;Weidong Dang;Chao Ma;Guanrong Chen
  • 通讯作者:
    Guanrong Chen

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其他文献

动力学变换法探测连续系统不稳定周期轨道
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  • 通讯作者:
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    --
  • 作者:
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  • 通讯作者:
    杜萌
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  • 发表时间:
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  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    高忠科;金宁德
  • 通讯作者:
    金宁德
两相流有限穿越可视图演化动力学研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
    物理学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    高忠科;胡沥丹;周婷婷;金宁德
  • 通讯作者:
    金宁德
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水包油气泡流实验信号的循环网络分析
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  • 影响因子:
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  • 作者:
    高忠科;张新旺;杜萌;金宁德
  • 通讯作者:
    金宁德

其他文献

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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