流体模拟UDF讲解

计算流体力学软件Fluent培训UDF基础,概要,FLUENTUDF简介FLUENT数据结构和宏两个例子UDF支持,简介,什么是UDF?UDF是用户自己用C语言写的一个函数，可以和FLUENT动态链接标准C函数三角函数，指数，控制块，Do循环，文件读入/输出等预定义宏允许获得流场变量，材料属性，单元几何信息及其他为什么使用UDFs?标准的界面不能编程模拟所有需求:定制边界条件，源项，反应速率，材料属性等定制物理模型用户提供的模型方程调整函数执行和需求函数初始化,可以使用UDF的位置,UDF数据结构(1),在UDF中，体域和面域通过Thread数据类型获得Thread是FLUENT定义的数据类型为了在thread(zone)中获得数据，我们需要提供正确的指针，并使用循环宏获得thread中的每个成员(cellorface),Fluid(cellthreadorzone),Boundary(facethreadorzone),Domain,Cell,UDF数据结构(2),cell_t声明了识别单元的整型数据类型face_t声明了识别面的整型数据类型,TypeVariableMeaningofthedeclarationDomain*d;disapointertodomainthreadThread*t;tisapointertothreadcell_tc;ciscellthreadvariableface_tf;fisafacethreadvariableNode*node;nodeisapointertoanode.,UDF中的循环宏,几个经常用到的循环宏为:对域d中所有单元thread循环:thread_loop_c(ct,d)对域d中所有面thread循环:thread_loop_f(ft,d)对threadt中所有单元循环：begin_c_loop(c,t)end_c_loop(c,t)对面thread中所有面循环begin_f_loop(f,f_thread)end_f_loop(f,f_thread),d:adomainpointerct,t:acellthreadpointerft,f_thread:afacethreadpointerc:acellthreadvariablef:afacethreadvariable,例子抛物线分布的速度入口,在二维弯管入口施加抛物线分布的速度x方向的速度定义为需要通过宏获得入口的中心点，通过另外一个宏赋予速度条件,第1步准备源代码,DEFINE_PROFILE宏允许定义x_velocity函数所有的UDFs以DEFINE_宏开始x_velocity将在GUI中出现thread和nvDEFINE_PROFILE宏的参数，分别用来识别域和变量begin_f_loop宏通过thread指针，对所有的面f循环F_CENTROID宏赋单元位置向量给xF_PROFILE宏在面f上施加速度分量代码以文本文件保存inlet_bc.c,#includeudf.hDEFINE_PROFILE(x_velocity,thread,nv)floatx3;/*anarrayforthecoordinates*/floaty;face_tf;/*fisafacethreadindex*/begin_f_loop(f,thread)F_CENTROID(x,f,thread);y=x1;F_PROFILE(f,thread,nv)=20.*(1.-y*y/(.0745*.0745);end_f_loop(f,thread),Headerfile“udf.h”mustbeincludedatthetopoftheprogrambythe#includecommand,第2步解释或编译UDF,编译UDF把UDF源码加入到源文件列表中点击Build进行编译和链接如果没有错误，点击Load读入库文件如需要，也可以卸载库文件/define/user-defined/functions/manage,解释UDF把UDF源码加入到源文件列表中点击InterpretFLUENT窗口会出现语言如果没有错误，点击Close,Define,User-Defined,Functions,Compiled,Define,User-Defined,Functions,Interpreted,解释vs.编译,用户函数可以在运行时读入并解释，也可以编译形成共享库文件并和FLUENT链接解释vs.编译解释解释器是占用内存的一个大型程序通过逐行即时执行代码优势不需要第三方编译器劣势解释过程慢，且占用内存编译UDF代码一次转换为机器语言运行效率高.创建共享库，和其他求解器链接克服解释器的缺陷只有在没安装C编译器时使用解释方式,第3步在FLUENTGUI中hookUDF,打开边界条件面板，选择你要施加UDF的边界把Constant改为udfx_velocity宏的名字为DEFINE_PROFILE中第一个参数,第4步运行,可以在运行窗口中改变速度分布的更新间隔（默认为1）这个设置控制了流场多久（迭代或时间步）更新一次运行calculation,结果,左图为速度矢量图右图为入口的速度矢量图，注意速度分布是抛物线型的,其他UDFHooks,除了边界条件、源项、材料属性外，UDF还可用于初始化每次初始化执行一次求解调整每次迭代执行一次壁面热流量以传热系数方式定义流体侧的扩散和辐射热流量应用于所有壁面用户定义表面反应或体积反应Case/data文件的读写读入顺序必须和写出顺序一致Execute-on-Demand功能不参与求解迭代,Define,User-Defined,FunctionHooks,例2定制初始化,在球内设定初始温度600K球中心点位于(0.5,0.5,0.5),半径为0.25,其余区域为300K域指针通过变量传递到UDFthread_loop_c宏用来获得所有单元threads(zones),begin_c_loop宏获得每个单元thread中的单元,#includeudf.h“DEFINE_INIT(my_init_function,domain)cell_tc;Thread*ct;realxcND_ND;thread_loop_c(ct,domain)begin_c_loop(c,ct)C_CENTROID(xc,c,ct);if(sqrt(ND_SUM(pow(xc0-0.5,2.),pow(xc1-0.5,2.),pow(xc2-0.5,2.)0.25)C_T(c,ct)=600.;elseC_T(c,ct)=300.;end_c_loop(c,ct),DEFINE宏,DEFINE宏的例子,DEFINE_ADJUST(name,domain);generalpurposeUDFcalledeveryiterationDEFINE_INIT(name,domain);UDFusedtoinitializefieldvariablesDEFINE_ON_DEMAND(name);anexecute-on-demandfunctionDEFINE_RW_FILE(name,fp);customizereads/writestocase/datafilesDEFINE_PROFILE(name,thread,index);boundaryprofilesDEFINE_SOURCE(name,cell,thread,dS,index);equationsourcetermsDEFINE_HEAT_FLUX(name,face,thread,c0,t0,cid,cir);heatfluxDEFINE_PROPERTY(name,cell,thread);materialpropertiesDEFINE_DIFFUSIVITY(name,cell,thread,index);UDSandspeciesdiffusivitiesDEFINE_UDS_FLUX(name,face,thread,index);definesUDSfluxtermsDEFINE_UDS_UNSTEADY(name,cell,thread,index,apu,su);UDStransienttermsDEFINE_SR_RATE(name,face,thread,r,mw,yi,rr);surfacereactionratesDEFINE_VR_RATE(name,cell,thread,r,mw,yi,rr,rr_t);volumetricreactionratesDEFINE_SCAT_PHASE_FUNC(name,cell,face);scatteringphasefunctionforDOMDEFINE_DELTAT(name,domain);variabletimestepsizeforunsteadyproblemsDEFINE_TURBULENT_VISCOSITY(name,cell,thread);calculatesturbulentviscosityDEFINE_TURB_PREMIX_SOURCE(name,cell,thread,turbflamespeed,source);turbulentflamespeedDEFINE_NOX_RATE(name,cell,thread,nox);NOxproductionanddestructionrates,几何和时间宏,C_NNODES(c,t);Returnsnodes/cellC_NFACES(c,t);Returnsfaces/cellF_NNODES(f,t);Returnsnodes/faceC_CENTROID(x,c,t);ReturnscoordinatesofcellcentroidinarrayxF_CENTROID(x,f,t);ReturnscoordinatesoffacecentroidinarrayxF_AREA(A,f,t);ReturnsareavectorinarrayAC_VOLUME(c,t);ReturnscellvolumeC_VOLUME_2D(c,t);Returnscellvolume(axisymmetricdomain)realflow_time();Returnsactualtimeinttime_step;ReturnstimestepnumberRP_Get_Real(“physical-time-step”);Returnstimestepsize,流场变量宏,C_R(c,t);DensityC_P(c,t);PressureC_U(c,t);U-velocityC_V(c,t);V-velocityC_W(c,t);W-velocityC_T(c,t);TemperatureC_H(c,t);EnthalpyC_K(c,t);Turbulentkineticenergy(k)C_D(c,t);Turbulentdissipationrate()C_O(c,t);Specificdissipationofk()C_YI(c,t,i);SpeciesmassfractionC_UDSI(c,t,i);UDSscalarsC_UDMI(c,t,i);UDMscalarsC_DUDX(c,t);VelocityderivativeC_DUDY(c,t);VelocityderivativeC_DUDZ(c,t);Velocityderivative,C_DVDX(c,t);VelocityderivativeC_DVDY(c,t);VelocityderivativeC_DVDZ(c,t);VelocityderivativeC_DWDX(c,t);VelocityderivativeC_DWDY(c,t);VelocityderivativeC_DWDZ(c,t);VelocityderivativeC_MU_L(c,t);LaminarviscosityC_MU_T(c,t);TurbulentviscosityC_MU_EFF(c,t);EffectiveviscosityC_K_L(c,t);LaminarthermalconductivityC_K_T(c,t);TurbulentthermalconductivityC_K_EFF(c,t);EffectivethermalconductivityC_CP(c,t);SpecificheatC_RGAS(c,t);Gasconstant,流场变量宏,C_R(c,t);DensityC_P(c,t);PressureC_U(c,t);U-velocityC_V(c,t);V-velocityC_W(c,t);W-velocityC_T(c,t);TemperatureC_H(c,t);EnthalpyC_K(c,t);Turbulentkineticenergy(k)C_D(c,t);Turbulentdissipationrate()C_O(c,t);Specificdissipationofk()C_YI(c,t,i);SpeciesmassfractionC_UDSI(c,t,i);UDSscalarsC_UDMI(c,t,i);UDMscalarsC_DUDX(c,t);VelocityderivativeC_DUDY(c,t);VelocityderivativeC_DUDZ(c,t);Velocityderivative,C_DVDX(c,t);VelocityderivativeC_DVDY(c,t);VelocityderivativeC_DVDZ(c,t);VelocityderivativeC_DWDX(c,t);VelocityderivativeC_DWDY(c,t);VelocityderivativeC_DWDZ(c,t);VelocityderivativeC_MU_L(c,t);LaminarviscosityC_MU_T(c,t);TurbulentviscosityC_MU_EFF(c,t);EffectiveviscosityC_K_L(c,t);LaminarthermalconductivityC_K_T(c,t);TurbulentthermalconductivityC_K_EFF(c,t);EffectivethermalconductivityC_CP(c,t);SpecificheatC_RGAS(c,t);GasconstantC_DIFF_L(c,t);LaminarspeciesdiffusivityC_DIFF_EFF(c,t,i);Effectivespeciesdiffusivity,UDM,对每个单元由用户分配内存定义多达500个变量可以通过UDFs获得:C_UDMI(cell,thread,index);F_UDMI(face,thread,