Fluent实现大量气泡的随机分布案例
1、问题介绍
气液两相管流在石油、化工、能源、制冷等工业领域中大量存在。气泡在生存发展过程中往往会导致噪声和引起管道振动，自来水管路中如有空气时往往会产生啸叫声和管道剧烈振动。掌握流动过程中气泡的生成、发展及其破裂等动力规律是控制气液两相流气动噪声的基础。
为了实现在一段管道中大量初始气泡的随机分布（如图1所示），通过Fluent的journal文件结合matlab程序实现。
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图1 管道示意图 |
2、实现思路及过程
Fluent的journal文件可以实现对Fluent的自动操作，一行journal文件代码对应Fluent中一个操作步骤。通常情况下，在初始化过程中，在region中指定气泡坐标和大小（半径），可以通过一次Patch完成一个初始气泡，但如果要实现上百个气泡的随机分布则工作量太大（如图2-3）。
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图2 Region操作 | 图3 Patch操作 |
为了实现大量随机分布，通过matlab的rand或者randn函数随机生成指定范围内气泡的位置（X，Y，Z）和半径r，rand函数实现比较均匀的随机分布，randn则实现符合正态分布规律的随机分布（如图4）。
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图4 Matlab程序实现300个气泡位置和大小的随机 |
之后通过for循环，将每一个气泡的坐标和大小导入到一次region和patch操纵对应的journal文件代码中。生成300段journal文件代码，matlab保存为txt文件，之后将文件后缀名字改为.jou，则可以导入Fluent中，生成所有的气泡。
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图5生成journal文件程序 |
导入Fluent后，查看气体和液体相分布，图6为300个气泡的初始分布，对于不同的要求，可以在程序中调整气泡数量和大小。
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图6 300个初始气泡随机分布在管道中 |
3、展望
对于上述方法和程序，还可以进行改进，例如气泡大小的分布通常符合对数正态分布，为了实现与试验数据类似的分布，可以通过分析试验数据分布的均值和方差，再通过matlab的lognrnd函数生成均值和方差一样的对数正态分布随机数，使得气泡大小分布更符合实际。
