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。

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