用户自定义函数

用户自定义函数 UDF 用户自定义函数 用户自定义函数或UDF是用户自编的程序它可以被动态的连接到Fluent求解器上来提高求解器性能用户自定义函数用C语言编写使用DEFINE宏来定义UDFs中可使用标准C语言的库函数也可使用预定义宏FluentInc 提供通过这些预定义宏可以获得Fluent求解器得到的数据 UDF分类与区别 UDFs使用时可以被当作解释函数或编译函数解释函数在运行时读入并解释编译UDFs则在编译时被嵌入共享库中并与Fluent连接解释UDFs用起来简单但是有源代码和速度方面的限制不足 编译型UDFs执行起来较快也没有源代码限制但设置和使用较为麻烦 UDF的用途 满足用户个性化需求 边界条件材料性质表面与体积反应速率输运方程源项用户标量输运方程 UDS 调节每次迭代值初始化流场异步执行后处理改善模型改进 离散项模型 多相混合物模型 辐射模型等 UDF举例 上壁面温度300K 绝热壁面 绝热壁面 温度 315K 温度分布 Profile处理 Temppoint26 x0 00E 032 00E 034 00E 036 00E 038 00E 031 00E 021 20E 021 40E 021 60E 021 80E 022 00E 022 20E 022 40E 022 60E 022 80E 023 00E 023 20E 023 40E 023 60E 023 80E 024 00E 024 20E 024 40E 024 60E 024 80E 025 00E 02 y0 00E 000 00E 000 00E 000 00E 000 00E 000 00E 000 00E 000 00E 000 00E 000 00E 000 00E 000 00E 000 00E 000 00E 000 00E 000 00E 000 00E 000 00E 000 00E 000 00E 000 00E 000 00E 000 00E 000 00E 000 00E 000 00E 00 t3 49E 023 50E 023 50E 023 47E 023 46E 023 44E 023 41E 023 39E 023 36E 023 33E 023 31E 023 28E 023 26E 023 24E 023 22E 023 20E 023 19E 023 18E 023 17E 023 16E 023 16E 023 16E 023 15E 023 15E 023 15E 023 15E 02 Profile处理要点 和一般计算一样设置求解器 模型等 Define Profile Read 数据 Define BoundaryCondition 所需设置的面 Thermal Temperature Tempt 和一般计算一样 设置其它边值条件 初值条件及求解与结果检查等 UDF处理温度 include udf h DEFINE PROFILE bottom temperature thread position realx ND ND thiswillholdthepositionvector realy face tf begin f loop f thread F CENTROID x f thread y x 0 F PROFILE f thread position 315 y 044 y 044 044 044 35 end f loop f thread UDF设置边界温度处理要点 和一般计算一样设置求解器 模型等 Define Userdefined Functions InterpretedOrCompiled 编译Define BoundaryCondition 所需设置的面 Thermal Temperature BottomTemperature 和一般计算一样 设置其它边值条件 初值条件及求解与结果检查等 侧面与地面两处UDF 定义一个以上UDF 上壁面温度300K 温度抛物线分布 绝热壁面 温度 315K 温度分布 UDF编写 include udf h DEFINE PROFILE bottom temperature thread position 程序1 DEFINE PROFILE side temperature thread position 程序2 DEFINE PROFILE inlet velocity thread position 程序3 边界温度分布 左侧温度分布下面温度分布 场温度分布 UDF编写 用C语言 注释 这是刘某人讲课示范用的程序 数据类型Int 整型Long 长整型Real 实数Float 浮点型Double 双精度Char 字符型UDF解释函数在单精度算法中定义real类型为float型 在双精度算法宏定义real为double型 因为解释函数自动作如此分配 所以使用在UDF中声明所有的float和double数据变量时使用real数据类型是很好的编程习惯 局部变量 局部变量只用于单一的函数中 当函数调用时 就被创建了 函数返回之后 这个变量就不存在了 局部变量在函数内部 大括号内 声明 在下面的例子中 mu lam和temp是局部变量 DEFINE PROPERTY cell viscosity cell thread realmu lam realtemp C T cell thread if temp 288 mu lam 5 5e 3 elseif temp 286 mu lam 143 2135 0 49725 temp elsemu lam 1 returnmu lam FLUENT求解过程中UDFs的先后顺序 非耦合求解器 耦合求解器 FLUENT网格拓扑 单元 cell 区域被分割成的控制容积单元中心 cellcenter FLUENT中场数据存储的地方面 face 单元 2Dor3D 的边界边 edge 面 3D 的边界节点 node 网格点单元线索 cellthread 在其中分配了材料数据和源项的单元组面线索 facethread 在其中分配了边界数据的面组节点线索 nodethread 节点组区域 domain 由网格定义的所有节点 面和单元线索的组合 Fluent数据类型 cell tface tThreadNodeDomain cell t是线索 thread 内单元标识符的数据类型 它是一个识别给定线索内单元的整数索引 face t是线索内面标识符的数据类型 它是一个识别给定线索内面的整数索引 Thread数据类型是FLUENT中的数据结构 它充当了一个与它描述的单元或面的组合相关的数据容器 Node数据类型也是FLUENT中的数据结构 它充当了一个与单元或面的拐角相关的数据容器 Domain数据类型代表了FLUENT中最高水平的数据结构 它充当了一个与网格中所有节点 面和单元线索组合相关的数据容器 使用DEFINEMacros定义UDF DEFINE MACRONAME udf name passed invariables 这里括号内第一个自变量是你的UDF的名称 名称自变量是情形敏感的必须用小写字母指定 一旦函数被编译 和连接 你为你的UDF选择的名字在FLUENT下拉列表中将变成可见的和可选的 第二套输入到DEFINE宏的自变量是从FLUENT求解器传递到你的函数的变量 DEFINE PROFILE inlet x velocity thread index 用两个从FLUENT传递到函数的变量thread和index定义了名字为inlet x velocity的分布函数 这些passed in变量是边界条件区域的ID 作为指向thread的指针 而index确定了被存储的变量 一旦UDF被编译 它的名字 例如 inlet x velocity 将在FLUENT适当的边界条件面板 例如 VelocityInlet面板 的下拉列表中变为可见的和可选的 UDF源文件中包含udf h文件 include udf h 通过在你的UDF源文件中包含udf h 编译过程中所有的DEFINE宏的定义与源代码一起被包含进来 udf h文件也为所有的C库函数头文件包含 include指示 与大部分头文件是针对Fluent提供的宏和函数是一样的 例如 mem h 除非有另外的指示 没必要在你的UDF中个别地包含这些头文件 DEFINE PROFILE inlet x velocity thread index 定义在udf h文件中为 defineDEFINE PROFILE name t i voidname Thread t inti 在编译过程中延伸为voidinlet x velocity Thread thread intindex 名字为inlet x velocity的函数不返回值由于它被声明为空的数据类型 UDF任务 返回值修改自变量返回值和修改自变量修改FLUENT变量 不能作为自变量传递 写信息到 或读取信息从 case或data文件 返回值 DEFINE PROPERTY返回一个udf h中指定的real数据类型 两个real变量传入函数 通过函数计算层流粘度mu lam的值 其是温度C T cell thread 的函数 根据单元体温度 计算出mu lam 在函数结尾 mu lam值被返回 DEFINE PROPERTY cell viscosity cell thread realmu lam realtemp C T cell thread if temp 288 mu lam 5 5e 3 elseif temp 286 mu lam 143 2135 0 49725 temp elsemu lam 1 returnmu lam FunctionthatModifyanArgument 判断单元是否在多孔区域 给多孔介质区域定义反应速率 real指针变量rr是一个传递给函数的自变量 UDF使用废弃操作符 分配反应速率值给废弃指针 rr 指针rr指向的目标是设置反应速率 通过这个操作 存储在内存中这个指针上的字符的地址被改变了 不再是指针地址本身 include udf h defineK12 0e 2 defineK25 DEFINE VR RATE user rate c t r mole weight species mf rr rr t reals1 species mf 0 realmw1 mole weight 0 if FLUID THREAD P t 返回一个值和修改一个自变量的函数 DEFINE SOURCE返回一个在udf h中指定的数据类型 函数采用自变量ds 它是数组的名字 并设置由eqn指定的元素为关于速度 w vel 导数的值 这是z动量方程源项 这个函数也计算了旋转速度源项的值source 并返回这个值到求解器 include udf h defineOMEGA50 rotationalspeedofswirler defineWEIGHT1 e20 weightingcoefficientsinlinearizedequation DEFINE SOURCE user swirl cell thread dS eqn realw vel x ND ND y source C CENTROID x cell thread y x 1 w vel y OMEGA linearw velocityatthecell source WEIGHT w vel C WSWIRL cell thread dS eqn WEIGHT returnsource 修改FLUENT变量的函数 函数由声明变量f作为face t数据类型开始 一维数组x和变量y是real数据类型 循环宏用来在区域中每个面上循环以创建型线或数据数组 在每个循环内 F CENTROID为含有indexf的面输出面质心的值 数组x indexf在由thread指向的线索上 存储在x 1 中的y坐标分配给变量y 它用于计算x速度 然后这个值分配给F PROFILE 它使用整数index 由求解器传递个它 来设置内存中面上的x速度值 DEFINE PROFILE inlet x velocity thread index realx ND ND thiswillholdthepositionvector realy face tf begin f loop f thread F CENTROID x f thread y x 1 F PROFILE f thread index 20 y y 0745 0745 20 end f loop f thread 写 读Case或Data文件 在顶部整数kount被定义为全局的 由于它被源代码文件中的所有三个函数使用 并初始化为0 名字为demo calc的第一个函数 使用DEFINE ADJUST宏来定义 在demo calc中 kount的值每次迭代后增加因为每次迭代调用DEFINE ADJUST一次 名字为writer的第二个函数 使用DEFINE RW FILE宏来定义 当保存数据文件时 它指示FLUENT写当前kount值到数据文件 名字为reader的第三个函数 当读取数据文件时 它指示FLUENT从这个数据文件中读取kount的值 这三个函数一起工作如下 如果你运行10次迭代计算 kount将增加到值为10 并保存这个数据文件 当前kount 10 的值被写入你的数据文件 如果你读这个数据返回到FLUENT并继续计算 kount将以值10开始随着每次迭代继续增加 include udf h intkount 0 defineglobalvariablekount DEFINE ADJUST demo calc domain kount printf kount d n kount DEFINE RW FILE writer fp printf WritingUDFdatatodatafile n fprintf fp d kount writeoutkounttodatafile DEFINE RW FILE reader fp printf ReadingUDFdatafromdatafile n fscanf fp d readkountfromdatafile DEFINE ADJUST 功能及其使用方法 功能 DEFINE ADJUST是一个用于调节和修改FLUENT变量的通用宏 可以用DEFINE ADJUST来修改流动变量 如 速度 压力 并计算积分 用来对某一标量在整个流场上积分 然后在该结果的基础上调节边界条件 在每一步迭代中都可以执行用DEFINE ADJUST定义的宏 并在解输运方程之前的每一步迭代中调用它 DEFINE ADJUST name d DEFINE ADJUST有两个参变量 name和d name是你所指定的UDF的名字 当你的UDF编译并连接时 你的FLUENT图形用户界面就会显示这个名字 此时你就可以选择它了 d是FLUENT解算器传给你的UDF的变量 D是一个指向区域的指针 调节函数被应用于这个区域上 区域变量提供了存取网格中所有单元和表面的线程 对于多相流 由解算器传给函数的区域指针是混合层区域指针 DEFINE ADJUST函数不返回任何值给解算器 DEFINE INIT 用DEFINE INIT宏来定义一组解的初始值 DEFINE INIT完成和修补一样的功能 只是它以另一种方式 UDF来完成 每一次初始化时DEFINE INIT函数都会被执行一次 并在解算器完成默认的初始化之后立即被调用 因为它是在流场初始化之后被调用的 所以它最常用于设定流动变量的初值 DEFINE INIT name d DEFINE INIT有两个参变量 name和d name是你所指定的UDF的名字 当你的UDF编译并连接时 你的FLUENT图形用户界面就会显示这个名字 此时你就可以选择它了 d是FLUENT解算器传给你的UDF的变量所作用的计算区域 DEFINE INIT举例 下面的UDF名字是my init func 它在某一个解中初始化了流动变量 在解过程开始时它被执行了一次 它可以作为解释程序或者编译后的UDF在FLUENT中执行 include udf h DEFINE INIT my init function domain cell tc Thread t realxc ND ND loopoverallcellthreadsinthedomain thread loop c t domain loopoverallcells begin c loop all c t C CENTROID xc c t if sqrt ND SUM pow xc 0 0 5 2 pow xc 1 0 5 2 pow xc 2 0 5 2 0 25 C T c t 400 elseC T c t 300 end c loop all c t DEFINE ON DEMAND include udf h DEFINE ON DEMAND on demand calc Domain d declaredomainpointersinceitisnotpasseda argumenttoDEFINEmacro realtavg 0 realtmax 0 realtmin 0 realtemp volume vol tot Thread t cell tc d Get Domain 1 GetthedomainusingFluentutility Loopoverallcellthreadsinthedomain thread loop c t d Computemax min volume averagedtemperature Loopoverallcells begin c loop c t volume C VOLUME c t getcellvolume temp C T c t getcelltemperature if temptmax tmax 0 tmax temp vol tot volume tavg temp volume end c loop c t tavg vol tot printf nTmin gTmax gTavg g n tmin tmax tavg Computetemperaturefunctionandstoreinuser definedmemory locationindex0 begin c loop c t temp C T c t C UDMI c t 0 temp tmin tmax tmin end c loop c t DEFINE DEFINE DELTATDEFINE DIFFUSIVITYDEFINE HEAT FLUXDEFINE NOX RATEDEFINE PROFILEDEFINE PROPERTYDEFINE SCAT PHASE FUNCDEFINE SOURCEDEFINE SR RATEDEFINE TURB PREMIX SOURCEDEFINE TURBULENT VISCOSITYDEFINE UDS FLUXDEFINE UDS UNSTEADYDEFINE VR RATE 提取Fluent中变量值 C T c t celltc Thread t温度C P c t celltc Thread t压力C U c t celltc Thread tu方向的速度C V c t celltc Thread tv方向的速度C W c t celltc Thread tw方向的速度C H c t celltc Thread t焓C YI c t i celltc Thread t inti物质质量分数C K c t celltc Thread t湍流运动能C D c t celltc Thread t耗散率 速度导数 物性参数 循环宏 6 2 1LoopingoverCellThreadsinaDomain thread loop c 查询控制区的单元线6 2 2LoopingoverFaceThreadsinaDomain thread loop f 查询控制区的面6 2 3LoopingoverCellsinaCellThread begin end c loop 查询单元线中的单元6 2 4LoopingoverFacesinaFaceThread begin end f loop 查询面单元中的面6 2 5LoopingoverFacesonaCell c face loop 查询单元面6 2 6LoopingoverNodesofaCell c node loop 查询单元节点 UDF编译连接 InterpretedUDFs 解释的UDF被编译成与体系结构无关的中间代码或伪码 这一代码调用时是在内部模拟器或解释器上运行 与体系结构无关的代码牺牲了程序性能 但其UDF可易于共享在不同的结构体系之间 即操作系统和FLUENT版本中 CompiledUDFs 编译后的UDF由C语言系统的编译器编译成本地目标码 这一过程须在FLUENT运行前完成 在FLUENT运行时会执行存放于共享库里的目标码 这一过程称为 动态装载 InterpretedUDFs CompiledUDFs 方法一 在你case所在的目录下 建立libudf在libudf下建立两个src和ntx86子目录源程序 c 放进src 在ntx86下再建2d 2d host 2d node等 2d 然后在2d文件夹下 把 Fluent Inc fluent6 src makefile nt udf和Fluent Inc fluent6 src user nt udf拷进去 将makefile nt udf重命名为makefile接着修改user nt udf里的内容 要改成以下格式 SOURCES SRC udfexample c 源程序名字 VERSION 2d 是二维还是三维 PARALLEL NODE none 有没有并行 最后点开始 程序 附件 命令提示符 进入DOS界面 访问 libudf ntx86 2d 然后敲nmake 这样就OK了 然后在FLUENT里load这个libudf就行了 CompiledUDFs 方法二 在CompiledUDF里 点addsourcecodes 找到源程序 加入 然后build 再LOAD就行了 如果在在原来的文件夹下已经有libudf文件夹 那你把它删了再进行上面的步骤 或者你把libudf文件夹改成其它任何名字 CompiledUDFs要点 设置比较严格 步骤繁琐 但计算效率高 有些语句有变化 在UDF中 要在控制窗口显示一些值 比如说压力值 用InterpretedUDF时就得用printf语句 而在CompiledUDF时就得用Message语句 二者不能互用 激活UDF 已计算值的调整 激活模型明确UDF UDS 求解用户自定义标量输运方