5-1-FLUENT流体模拟-UDF-讲解解析课件

1、计算流体力学软件Fluent培训UDF基础概要FLUENT UDF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User-Defined PropertiesUser-Defined BCsUser Defined INI

2、TIALIZESegregatedPBCSExit LoopRepeatCheck Convergence Update Properties Solve Turbulence Equation(s)Solve SpeciesSolve EnergyInitializeBegin LoopDBCSSolve Other Transport Equations as requiredSolver?Solve Mass Continuity;Update VelocitySolve U-MomentumSolve V-MomentumSolve W-MomentumSolve Mass& Mome

3、ntumSolve Mass,Momentum,Energy,SpeciesUser-defined ADJUSTSource termsSource termsSource termsSourcetermsUDF 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(cell or face)Fluid (cell thread or zone)Boundary (face thread or zone)DomainCellD

4、omainCellsCell Threadface ThreadFacesUDF 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TypeVariableMeaning of the declarationDomain*d;d is a pointer to domain threadThread *t; t is a pointer to thread cell_t c; c is cell thread variableface_t f; f is a face thread variableNode *node;node is a point

5、er to a node.Boundary face-thread(boundary-face ensemble)Fluid cell-thread(control-volume ensemble)Internal face-thread(internal-face ensemble)associated with cell-threadsNodesUDF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thread t中所有单元循环：begin_c_loop(c

6、, 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: a domain pointer ct, t: a cell thread pointerft,f_thread: a face thread pointerc: a cell thread variablef: a face thread variable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DEFIN

7、E_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 nv DEFINE_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 x F_PROFILE 宏在面 f上施加速度分量代码以文本文件保存inlet_bc.c#include udf.hDEFINE_PROFILE(x_velocity,thread,nv) float x3; /* an array for the coordinates *

8、/ float y; face_t f; /* f is a face thread index */ 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)Header file “udf.h” must be included at the topof the program by the #include command第 2 步 解释或编译 UDF编译UDF把 UDF 源码加入到

9、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 CloseDefineUser-DefinedFunctionsCompiledDefineUser-DefinedFunctionsInterpreted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

10、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 FLUENT GUI中hook UDF打开边界条件面板，选择你要施加UDF的边界把 Constant 改为 udf x_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

11、其他 UDF Hooks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DefineUser-DefinedFunction Hooks例 2 定制初始化在球内设定初始温度600 K 球中心点位于 (0.5, 0.5, 0.5), 半径为 0.25, 其余区域为300 K域指针通过变量传递到UDFthread_loop_c 宏用来获得所有单元th

12、reads (zones), begin_c_loop 宏获得每个单元thread中的单元 #include udf.h“ DEFINE_INIT(my_init_function, domain) cell_t c; Thread *ct; real xcND_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.; else

13、 C_T(c,ct) = 300.; end_c_loop (c,ct) DEFINE 宏DEFINE 宏的例子 DEFINE_ADJUST(name,domain); general purpose UDF called every iterationDEFINE_INIT(name,domain); UDF used to initialize field variablesDEFINE_ON_DEMAND(name); an execute-on-demand functionDEFINE_RW_FILE(name,fp); customize reads/writes to case/

14、data filesDEFINE_PROFILE(name,thread,index); boundary profilesDEFINE_SOURCE(name,cell,thread,dS,index); equation source termsDEFINE_HEAT_FLUX(name,face,thread,c0,t0,cid,cir); heat fluxDEFINE_PROPERTY(name,cell,thread); material propertiesDEFINE_DIFFUSIVITY(name,cell,thread,index); UDS and species di

15、ffusivitiesDEFINE_UDS_FLUX(name,face,thread,index); defines UDS flux termsDEFINE_UDS_UNSTEADY(name,cell,thread,index,apu,su); UDS transient termsDEFINE_SR_RATE(name,face,thread,r,mw,yi,rr); surface reaction ratesDEFINE_VR_RATE(name,cell,thread,r,mw,yi,rr,rr_t); volumetric reaction ratesDEFINE_SCAT_P

16、HASE_FUNC(name,cell,face); scattering phase function for DOMDEFINE_DELTAT(name,domain); variable time step size for unsteady problemsDEFINE_TURBULENT_VISCOSITY(name,cell,thread); calculates turbulent viscosityDEFINE_TURB_PREMIX_SOURCE(name,cell,thread,turbflamespeed,source); turbulent flame speedDEF

17、INE_NOX_RATE(name,cell,thread,nox); NOx production and destruction rates几何和时间宏 C_NNODES(c,t); Returns nodes/cellC_NFACES(c,t); Returns faces/cellF_NNODES(f,t);Returns nodes/faceC_CENTROID(x,c,t);Returns coordinates of cell centroidin array xF_CENTROID(x,f,t); Returns coordinates of face centroidin a

18、rray xF_AREA(A,f,t); Returns area vector in array AC_VOLUME(c,t); Returns cell volume C_VOLUME_2D(c,t); Returns cell volume (axisymmetric domain)real flow_time(); Returns actual timeint time_step; Returns time step numberRP_Get_Real(“physical-time-step”); Returns time step size流场变量宏C_R(c,t);DensityC

19、_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);Turbulent kinetic energy (k)C_D(c,t);Turbulent dissipation rate ()C_O(c,t);Specific dissipation of k () C_YI(c,t,i);Species mass fractionC_UDSI(c,t,i); UDS scalarsC_UDMI(c,t,i); UDM

20、 scalarsC_DUDX(c,t);Velocity derivativeC_DUDY(c,t);Velocity derivativeC_DUDZ(c,t);Velocity derivativeC_DVDX(c,t); Velocity derivativeC_DVDY(c,t); Velocity derivativeC_DVDZ(c,t); Velocity derivativeC_DWDX(c,t); Velocity derivativeC_DWDY(c,t); Velocity derivativeC_DWDZ(c,t); Velocity derivativeC_MU_L(

21、c,t); Laminar viscosityC_MU_T(c,t); Turbulent viscosityC_MU_EFF(c,t); Effective viscosityC_K_L(c,t); Laminar thermal conductivityC_K_T(c,t); Turbulent thermal conductivityC_K_EFF(c,t); Effective thermal conductivityC_CP(c,t); Specific heatC_RGAS(c,t); Gas constant流场变量宏C_R(c,t);DensityC_P(c,t);Pressu

22、reC_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);Turbulent kinetic energy (k)C_D(c,t);Turbulent dissipation rate ()C_O(c,t);Specific dissipation of k () C_YI(c,t,i);Species mass fractionC_UDSI(c,t,i); UDS scalarsC_UDMI(c,t,i); UDM scalarsC_DUDX

23、(c,t);Velocity derivativeC_DUDY(c,t);Velocity derivativeC_DUDZ(c,t);Velocity derivativeC_DVDX(c,t); Velocity derivativeC_DVDY(c,t); Velocity derivativeC_DVDZ(c,t); Velocity derivativeC_DWDX(c,t); Velocity derivativeC_DWDY(c,t); Velocity derivativeC_DWDZ(c,t); Velocity derivativeC_MU_L(c,t); Laminar viscosityC_MU_T(c,t); Turbulent viscosityC_MU_EFF(c,t); Effective viscosityC_K_L(c,t); Laminar thermalconductivityC_K_T(c,t); Turbulent thermalconductivityC_K_EFF(c,t); Effective thermalconductivityC_CP(c,t); Specific heatC_RGAS(c,t); Gas constantC_DIFF_L(c,t); Laminar speciesdiffusivityC_DI