FLUENT多相模型的数据结构及循环.docx

1名词解释学习FLUENT UDF编程，必须要从网格拓扑和数据结构（几何数据、求解数据存储的空间）两方面来理解一些重要概念。节点node；面face；单元cell。线 thread：线是一块存储空间，有节点线、面线和单元线三类，存储了存在某种联系的节点组、面组或单元组的信息。定义线的指针 Thread *t;线对应的是网格拓扑里面的zone,例如某边界就是一个zone,显然它对应的存储空间是面线。在多相模型中，还要区分超级线superthread和子线subthread。域 domain：域是比线更大的存储空间，包含了存在某种联系的所有线。定义域的指针 Domain *d;域对应的是网格拓扑里面的domain, 由网格定义的所有节点、面和单元线索的组合。在多相模型中，还要区分超级线superdomain和子线subdomain。总的逻辑关系是，域-线-节点/面/单元，这可以从常用的循环中看出：Domain*domain;Thread*c_thread;cell_tc; /*cell_t 是线索（thread）内单元标识符的*/thread_loop_c(c_thread,domain)/*对域内所有单元线做loop*/ begin_c_loop(c,c_thread) /*对线内所有单元做循环 */ end_c_loop(c,c_thread) 2Multiphase-specific Data Types 多相专用数据类型除了在Data Types in ANSYS FLUENT中呈献的ANSYS FLUENT专用的数据类型，还有一些专用于多相UDF的线（thread）和域（domain）数据结构。当使用多相模型时(Mixture, VOF, or Eulerian)，这些数据结构用来存储混合相（mixture of all of the phases）和每个单独相的属性和变量。在多相应用中，最高级别的域是超级域（superdomain）。每一相占据一个子域（subdomain）。第三种域是交互域（interaction domain），被用于相的相互作用机制的定义。如果需要混合态属性或变量（各相的总和），应该用超级域；而如果需要每单相（individual phase）的这些信息，则应该使用子域。在单相模型情况（只有一相），混合相（mixture）的概念用来代表各组分（species ，components)的总和；多相模型的情况，它代表各相的总和。这个区别非常重要，因为FLUENT有能力处理多相多组分分析。这时一个相可能是多个组分的混合。 因为求解信息存储在线thread数据结构中，线必须与超级域或子域联系起来。也就是说，对于每一个在超级域中定义的单元线或面线,在各子域里面都有对应有单元线或面线。有些超级域的线包含的信息与相应的子域里的线共享。超级域内的线称为超级线，mixture-level thread，而与子域联系的线称为子线，phase-level thread. Figure 1.5总结了域和线的体系结构。Figure 1.5 引入了domain_id 和 phase_domain_index的概念。domain_id用于将超级域与子域区分开，超级域(mixture domain)的 domain_id 总是1，第一相对应的子域domain_id 是2，以此类推，同时交互域也有domain_id 。可以使用函数Domain *d=Get_Domain(domain_id)来得到域的指针d。在Phases设置面上，ID显示的就是domain_id。phase_domain_index 用来区分不同单相的线。第一相的phase_domain_index是0，第二相的phase_domain_index 是1。 不同多相模型的数据结构也有不同。比如，在Mixture模型中，只求解混合相的动量方程，而在Eulerian模型中，对每一相都要求解动量方程。如果对它们指定源项，数据结构式不同的。 勾在(hooked to)混合态的UDF函数,求解器为其传递超级域结构；而勾在某一相的函数则获得子域结构输入。DEFINE_ADJUST 和 DEFINE_INIT UDFs 是固定超级域上的。其他类型的函数可以勾在不同的相域。 3Advanced Multiphase Macros 高级多相宏对于大多数多相模型的标准UDF，函数需要的变量（域指针，线指针等）都会由求解器在求解时直接通过参数的方式传递给函数。你所要完成的就是将这些函数勾到你的模型。但是，可能有些复杂函数需要一些没有通过参数直接传递的变量。比如， DEFINE_ADJUST ， DEFINE_INIT函数只获得了超级域的变量。如果UDF需要相域（subdomain）的指针，则需要使用本节所述的宏来获取。ON_DEMAND UDF没有获得任何参数传递，因此on demand函数也常常要用到这些宏。 当你在编写多相模型的UDF时，必须要牢记多相模型的数据结构体系。要注意函数获得的参数，函数勾在什么域上（GUI或者固定的）。同样还有注意你使用的多相模型的类型。 3.1 Phase Domain Pointer (DOMAIN_SUB_DOMAIN) 相域（子域）的指针已有超级域指针的情况下，有两种方式获取子域的指针：DOMAIN_SUB_DOMAIN宏或Get_Domain。 intphase_domain_index=0; /*第一相的phase_domain_index是0*/Domain*mixture_domain; /*超级域的指针*/Domain*subdomain=DOMAIN_SUB_DOMAIN(mixture_domain,phase_domain_index);在上面的例子中，要事先获得超级域的指针。如前文所述，某些函数勾在超级域上，求解器就会自动传递超级域指针到UDF。而某些函数则不能显式地得到超级域的指针，则需要用宏Get_Domain(1)来获取。 3.2Phase-Level Thread Pointer (THREAD_SUB_THREAD) 相级线的指针已知超级线的指针，则可以使用THREAD_SUB_THREAD 宏求的其子线的指针。 int phase_domain_index = 0; /*第一相的phase_domain_index是0*/ Thread *mixture_thread; /*超级线的指针*/ Thread *subthread = THREAD_SUB_THREAD(mixture_thread,phase_domain_index); 在上面的例子中，要事先获得超级线的指针。同样，超级线的指针可能通过函数形参获取，或者使用Lookup_Thread 获取。intzone_ID=2; /*通过ZONE ID来求的线*/Thread*thread_name=Lookup_Thread(domain,zone_ID);3.2Phase Thread Pointer Array (THREAD_SUB_THREADS) 子线的指针数组已知超级线的指针，可以使用 THREAD_SUB_THREADS宏求得其所有子线的指针组成的数组。 Thread*mixture_thread;Thread*pt; /*initializept */pt=THREAD_SUB_THREADS(mixture_thread);pti, 数组的一个单元，是phase_domain_index为i的单相对应的子线的指针。例如， C_R(c,pti)可用于返回第i相在单元c的密度。 3.4Mixture Domain Pointer (DOMAIN_SUPER_DOMAIN) 超级域的指针如果已知某子域的指针，可以用DOMAIN_SUPER_DOMAIN 宏求的它的超级域（可以成为父域）的指针。 Domain*subdomain;Domain*mixture_domain=DOMAIN_SUPER_DOMAIN(subdomain);在上面的例子中，要事先获得子域（即相域）的指针。如果UDF勾在某一相域上，相域的指针也可以由求解器自动传递给UDF。在当前版本FLUENT中，DOMAIN_SUPER_DOMAIN 与Get_Domain(1)返回的指针是一样的。但是还是建议在UDF中，尽可能使用DOMAIN_SUPER_DOMAIN，考虑到FLUENT版本的更新，未来可能处理多个超级域。 3.5Mixture Thread Pointer (THREAD_SUPER_THREAD) 超级线的指针如果已知子线的指针，可以用THREAD_SUPER_THREAD宏求超级线的指针。 Thread*subthread;Thread*mixture_thread=THREAD_SUPER_THREAD(subthread);3.6 Domain ID (DOMAIN_ID) 如果已知某一子域的指针，可以用DOMAIN_ID 宏获取该子域的domain_id。 Domain*subdomain;intdomain_id=DOMAIN_ID(subdomain);3.7Phase Domain Index (PHASE_DOMAIN_INDEX) 如果已知某一子域的指针，可以用PHASE_DOMAIN_INDEX宏获取该子域的phase_domain_index。 Domain*subdomain;intphase_domain_index=PHASE_DOMAIN_INDEX(subdomain);4.Multiphase Looping Macros 多相循环宏本节讨论只在多相UDF中应用的循环。4.1Looping Over Phase Domains in Mixture (sub_domain_loop)子域循环该循环对所有子域进行循环，这是一种获取各单相域的指针的方法之一。intphase_domain_index; /*indexofsubdomainpointers */Domain*mixture_domain;Domain*subdomain;sub_domain_loop(subdomain,mixture_domain,phase_domain_index)参数中，subdomain是子域的指针；mixture_domain是超级域的指针。例子：下面UDF分块初始化某一相的体积分数，只在求解开始执行一次。 /* UDFforinitializingphasevolumefraction*/#includeudf.h/*domainpointerthatispassedbyINITfunctionismixturedomain */DEFINE_INIT(my_init_function,mixture_domain) intphase_domain_index; cell_tcell; Thread*cell_thread; Domain*subdomain; realxcND_ND; /*loopoverallsubdomains(phases)inthesuperdomain(mixture)*/ sub_domain_loop(subdomain,mixture_domain,phase_domain_index) /*loopifsecondaryphase */ if(DOMAIN_ID(subdomain)=3) /*loopoverallcellthreadsinthesecondaryphasedomain */ thread_loop_c(cell_thread,subdomain) /*loopoverallcellsinsecondaryphasecellthreads */ begin_c_loop_all(cell,cell_thread) C_CENTROID(xc,cell,cell_thread); if(sqrt(ND_SUM(pow(xc0-0.5,2.), pow(xc1-0.5,2.), pow(xc2-0.5,2.) 0.25) /* setvolumefractionto1forcentroid */ C_VOF(cell,cell_thread)=1.; else /* otherwiseinitializetozero */ C_VOF(cell,cell_thread)=0.; end_c_loop_all(cell,cell_thread) 4.2 Looping Over Phase Threads in Mixture (sub_thread_loop)子线循环已知超级线的指针，对其下面的所有子线进行循环。4.3Looping Over Phase Cell Threads in Mixture (mp_thread_loop_c)已知超级域的指针，对其中的所有单元线（这些是超级线）进行循环，并提供这些单元线的所有子线的指针。Thread*pt;Thread*cell_threads;Domain*mixture_domain;mp_thread_loop_c(cell_threads,mixture_domain,pt)4.4Looping Over Phase Face Threads in Mixture (mp_thread_loop_f