UDF-自定义函数课件

1、2021/3/231用户自定义函数UDF2021/3/232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Fluent Inc.提供通过这些预定义宏可以获得Fluent 求解器得到的数据2021/3/233UDF分类与区别 UDFs 使用时可以被当作解释函数解释函数或编译函数编译函数 解释函数解释函数在运行时读入并解释 编译编译UDFs 则在编译时被嵌入共享库中并与Fluent 连接解释解释UDFs 用起来简单但是有源代

2、码和速度方面的限制不足。编译型编译型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2021/3/234UDF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）2021/3/235UDF举例上壁面温度 300K绝热壁面绝热壁面温度: 315K温度分布2021/3/236Profile处理(Temp point 26)(x 0.00E-03 2.00E-03 4.00E-03 6.00E-03 8.00E-03 1.00E-02

3、1.20E-02 1.40E-02 1.60E-02 1.80E-02 2.00E-02 2.20E-02 2.40E-02 2.60E-02 2.80E-02 3.00E-02 3.20E-02 3.40E-02 3.60E-02 3.80E-02 4.00E-02 4.20E-02 4.40E-02 4.60E-02 4.80E-02 5.00E-02 )(y 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00

4、 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 )(t 3.49E+02 3.50E+02 3.50E+02 3.47E+02 3.46E+02 3.44E+02 3.41E+02 3.39E+02 3.36E+02 3.33E+02 3.31E+02 3.28E+02 3.26E+02 3.24E+02 3.22E+02 3.20E+02 3.19E+02 3.18E+02 3.17E+02 3.16E+0

5、2 3.16E+02 3.16E+02 3.15E+02 3.15E+02 3.15E+02 3.15E+02 )2021/3/237Profile处理要点 (和一般计算一样设置求解器,模型等） DefineProfileRead （数据） DefineBoundaryCondition所需设置的面ThermalTemperatureTemp t （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）2021/3/238UDF处理温度#include udf.hDEFINE_PRO, thread, position) real xND_ND;/* this will hold th

6、e position vector */ real y; face_t f; begin_f_loop(f, thread) F_CENTROID(x,f,thread); y = x0; F_PRO) = 315. + (y-.044)*(y-.044)/.044/.044*35.; end_f_loop(f, thread)2021/3/239UDF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） DefineUser definedFunctions（Interpreted Or Compiled）编译 DefineBoundaryCondition所需设置的面ThermalT

7、emperatureBottom Temperature （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）2021/3/2310侧面与地面两处UDF2021/3/2311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2021/3/2312UDF编写#include udf.hDEFINE_PRO, thread, position) 程序1DEFINE_PRO, thread, position) 程序2 DEFINE_PRO)程序3。 2021/3/2313边界温度分布左侧温度分布 下面温度分布2021/3/2314场温度分布2021/3

8、/2315UDF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。 2021/3/2316局部变量局部变量 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

9、下面的例子中，mu_lam和temp是局部变量。 2021/3/2317DEFINE_PROPERTY(cell_viscosity, cell, thread) real mu_lam; real temp = C_T(cell, thread); if (temp 288.) mu_lam = 5.5e-3; else if (temp 286.) mu_lam = 143.2135 - 0.49725 * temp; else mu_lam = 1.; return mu_lam; 2021/3/2318FLUENT求解过程中UDFs的先后顺序非耦合求解器2021/3/2319耦合求解器

10、2021/3/2320FLUENT 网格拓扑 单元（cell） 区域被分割成的控制容积 单元中心（cell center） FLUENT中场数据存储的地方 面（face） 单元（2D or 3D）的边界 边（edge） 面（3D）的边界 节点（node） 网格点 单元线索（cell thread） 在其中分配了材料数据和源项的单元组 面线索（face thread） 在其中分配了边界数据的面组 节点线索（node thread） 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 2021/3/23212021/3/2322Fluent数据类型 cell_t face_t

11、Thread Node Domain 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。2021/3/2323使用DEFINE Macros定义UDF DEFI

12、NE_MACRONAME(udf_name, passed-in variables) 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。2021/3/2324 DEFINE_PRO, 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（

13、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,Velocity Inlet面板）的下拉列表中变为可见的和可选的。 2021/3/2325UDF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F l u e n t 提 供 的 宏 和 函 数 是 一 样 的 （ 例如,mem.h）。

14、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。 2021/3/2326DEFINE_PRO, thread, index) 定义在udf.h文件中为 #define DEFINE_PRO, t, i) void name(Thread *t, int i) 在编译过程中延伸为 void inlet_x_velocity(Thread *thread, int index) 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。 2021/3/2327UDF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（

15、或读取信息从）case或data文件2021/3/2328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) real mu_lam; real temp = C_T(cell, thread); if (temp 288.) mu_lam = 5.5e-3; else if (temp 28

16、6.) mu_lam = 143.2135 - 0.49725 * temp; else mu_lam = 1.; return mu_lam; 2021/3/2329Function that Modify an Argument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 #define K1 2.0e-2 #define K2

17、5. DEFINE_VR_RATE(user_rate, c, t, r, mole_weight, species_mf, rr, rr_t) real s1 = species_mf0; real mw1 = mole_weight0; if (FLUID_THREAD_P(t) & THREAD_VAR(t).fluid.porous) *rr = K1*s1/pow(1.+K2*s1),2.0)/mw1; else *rr = 0.; 2021/3/2330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

18、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 #define OMEGA 50. /* rotational speed of swirler */ #define WEIGHT 1.e20 /* weighting coefficients in linearized equation */ DEFINE_SOURCE(user_swirl, cell, thread, dS, eqn) real w_vel, xND_ND, y, source;

19、C_CENTROID(x, cell, thread); y = x1; w_vel = y*OMEGA; /* linear w-velocity at the cell */ s o u r c e = W E I G H T * ( w _ v e l - C_WSWIRL(cell,thread); dSeqn = -WEIGHT; return source; 2021/3/2331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

20、index f的面输出面 质 心 的 值 （ 数 组x）,index f在由thread指向的线索上。存储在x1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_PRO, thread, index) real xND_ND; /* this will hold the position vector */ real y; face_t f; begin_f_loop(f, thread) F_CENTROID(x,f,thread); y = x1; F_PROFIL

21、E(f, thread, index) = 20. - y*y/(.0745*.0745)*20.; end_f_loop(f, thread) 2021/3/2332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_ca lc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。

22、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 int kount = 0; /* define global variable kount */ DEFINE_ADJUST(demo_calc, domain

23、) kount+; printf(kount = %dn,kount); DEFINE_RW_, fp) printf(Writing UDF data to data file.n); fprintf(fp, %d,kount); /* write out kount to data file */ DEFINE_RW_, fp) printf(Reading UDF data from data file.n); fscanf(fp, %d,&kount); /* read kount from data file */ 2021/3/2333DEFINE_ADJUST功能及其使用

24、方法 2021/3/2334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。2021/3/2335DEFINE_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

25、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。2021/3/2336DEFINE_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

26、初值。2021/3/2337DEFINE_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2021/3/2338DEFINE_INIT举例举例 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

27、_function, domain) cell_t c; Thread *t; real xcND_ND; /* loop over all cell threads in the domain */ thread_loop_c (t,domain) /* loop over all cells */ begin_c_loop_all (c,t) C_CENTROID(xc,c,t); if (sqrt(ND_SUM(pow(xc0 - 0.5,2.), pow(xc1 - 0.5,2.), pow(xc2 - 0.5,2.) 0.25) C_T(c,t) = 400.; else C_T(c

28、,t) = 300.; end_c_loop_all (c,t) 2021/3/2339DEFINE_ON_DEMAND#include udf.h DEFINE_ON_DEMAND(on_demand_calc) Domain *d; /* declare domain pointer since it is not passed a */ /* argument to DEFINE macro */ real tavg = 0.; real tmax = 0.; real tmin = 0.; real temp,volume,vol_tot; Thread *t; cell_t c; d

29、 = Get_Domain(1); /* Get the domain using Fluent utility */ /* Loop over all cell threads in the domain */ thread_loop_c(t,d) /* Compute max, min, volume-averaged temperature */ /* Loop over all cells */ begin_c_loop(c,t) volume = C_VOLUME(c,t); /* get cell volume */ temp = C_T(c,t); /* get cell tem

30、perature */ if (temp tmax | tmax = 0.) tmax = temp; vol_tot += volume; tavg += temp*volume; end_c_loop(c,t) tavg /= vol_tot; printf(n Tmin = %g Tmax = %g Tavg = %gn,tmin,tmax,tavg); /* Compute temperature function and store in user-defined memory*/ /*(location index 0) */ begin_c_loop(c,t) temp = C_

31、T(c,t); C_UDMI(c,t,0) = (temp-tmin)/(tmax-tmin); end_c_loop(c,t) 2021/3/2340DEFINE DEFINE_DELTAT DEFINE_DIFFUSIVITY DEFINE_HEAT_FLUX DEFINE_NOX_RATE DEFINE_PROFILE DEFINE_PROPERTY DEFINE_SCAT_PHASE_FUNC DEFINE_SOURCE DEFINE_SR_RATE DEFINE_TURB_PREMIX_SOURCE DEFINE_TURBULENT_VISCOSITY DEFINE_UDS_FLUX

32、 DEFINE_UDS_UNSTEADY DEFINE_VR_RATE 2021/3/2341提取Fluent中变量值 C_T(c,t)cell t c, Thread *t 温度 C_P(c,t)cell t c, Thread *t 压力 C_U(c,t)cell t c, Thread *t u 方向的速度 C_V(c,t)cell t c, Thread *t v方向的速度 C_W(c,t)cell t c, Thread *t w方向的速度 C_H(c,t)cell t c, Thread *t 焓 C_YI(c,t,i) cell t c, Thread *t, int i 物质质

33、量分数 C_K(c,t)cell t c, Thread *t 湍流运动能 C_D(c,t)cell t c, Thread *t 耗散率2021/3/2342速度导数名称（参数）名称（参数）参数类型参数类型返回值返回值C DUDX(c,t)cell t c, Thread *tvelocity derivativeC DUDY(c,t)cell t c, Thread *tvelocity derivativeC DUDZ(c,t)cell t c, Thread *tvelocity derivativeC DVDX(c,t)cell t c, Thread *tvelocity deri

34、vativeC DVDY(c,t)cell t c, Thread *tvelocity derivativeC DVDZ(c,t)cell t c, Thread *tvelocity derivativeC DWDX(c,t)cell t c, Thread *tvelocity derivativeC DWDY(c,t)cell t c, Thread *tvelocity derivativeC DWDZ(c,t)cell t c, Thread *tvelocity derivative2021/3/2343 C_R(c,t)cell t c, Thread *t密度C_MU L(c

35、,t)cell t c, Thread *t层流粘性系数C_MU T(c,t)cell t c, Thread *t湍流粘性系数C_MU EFF(c,t)cell t c, Thread *t有效粘度C_K_L(c,t)cell t c, Thread *t层流热传导系数C_K_T(c,t)cell t c, Thread *t湍流热传导系数C_K_ EFF(c,t)cell t c, Thread *t有效热传导系数C_CP(c,t)cell t c, Thread *t比热C_RGAS(c,t)cell t c, Thread *t通用气体常数C_DIFF L(c,t,i,j)cell t

36、 c, Thread *t, int i,int j层流扩散率 物性参数2021/3/2344循环宏6.2.1 Looping over Cell Threads in a Domain ( thread_loop_c) 查询控制区的单元线6.2.2 Looping over Face Threads in a Domain ( thread_loop_f) 查询控制区的面6.2.3 Looping over Cells in a Cell Thread ( begin.end_c_loop) 查询单元线中的单元6.2.4 Looping over Faces in a Face Thread

37、 ( begin.end_f_loop)查询面单元中的面6.2.5 Looping over Faces on a Cell ( c_face_loop) 查询单元面6.2.6 Looping over Nodes of a Cell ( c_node_loop) 查询单元节点 2021/3/2345UDF编译连接 Interpreted UDFs: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。 Compiled UDFs :编译后的U

38、DF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”。 2021/3/2346Interpreted UDFs2021/3/2347Compiled UDFs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.Incfluent6. srcmake和Fluent.Inc fluent6. src user_nt.udf拷进去,将make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)