Fluent里的用户自定义函数.ppt

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UDF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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((Temp point 26)(x   0.00E-03 2.00E-03 4.00E-03 6.00E-03 8.00E-03 1.00E-02 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   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+02 3.16E+02 3.16E+02 3.15E+02 3.15E+02 3.15E+02 3.15E+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－Temp 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）UDF处理温度#include "udf.h"DEFINE_PROFILE(bottom_temperature, thread, position) {  real x[ND_ND];/* this will hold the position vector */  real y;  face_t f;  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－User defined－Functions－（Interpreted Or Compiled）－编译•Define－BoundaryCondition－所需设置的面－Thermal－Temperature－Bottom 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）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•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){  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;} 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（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 Fluent数据类型•cell_t •face_t •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使用DEFINE Macros定义UDF•DEFINE_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•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，Velocity Inlet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 #define DEFINE_PROFILE(name, 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。

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) { 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; } Function 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 5. DEFINE_VR_RATE(user_rate, c, t, r, mole_weight, species_mf, rr, rr_t) { real s1 = species_mf[0]; real mw1 = mole_weight[0]; if (FLUID_THREAD_P(t) && THREAD_VAR(t).fluid.porous) *rr = K1*s1/pow((1.+K2*s1),2.0)/mw1; else *rr = 0.; } 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" #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, x[ND_ND], y, source; C_CENTROID(x, cell, thread); y = x[1]; w_vel = y*OMEGA; /* linear w-velocity at the cell */ source = WEIGHT*(w_vel - C_WSWIRL(cell,thread)); dS[eqn] = -WEIGHT; return source; } 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) { real x[ND_ND]; /* this will hold the position vector */ real y; face_t f; 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" int kount = 0; /* define global variable kount */ DEFINE_ADJUST(demo_calc, domain) { kount++; printf("kount = %d\n",kount); } DEFINE_RW_FILE(writer, fp) { printf("Writing UDF data to data file...\n"); fprintf(fp, "%d",kount); /* write out kount to data file */ } DEFINE_RW_FILE(reader, fp) { printf("Reading UDF data from data file...\n"); fscanf(fp, "%d",&kount); /* read kount from data file */ } 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dname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_t c; Thread *t; real xc[ND_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(xc[0] - 0.5,2.), pow(xc[1] - 0.5,2.), pow(xc[2] - 0.5,2.))) < 0.25) C_T(c,t) = 400.; else C_T(c,t) = 300.; } end_c_loop_all (c,t) } } DEFINE_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 = 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 temperature */ if (temp < tmin || tmin == 0.) tmin = temp; 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 = %g\n",tmin,tmax,tavg); /* Compute temperature function and store in user-defined memory*/ /*(location index 0) */ 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_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 • DEFINE_UDS_UNSTEADY • DEFINE_VR_RATE 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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 derivativeC 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 derivative   C_R(c,t)cell t c, Thread *t密度C_MU L(c,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 c, Thread *t, int i,int j层流扩散率 物性参数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 ( 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 UDF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” Interpreted UDFsCompiled 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.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.Compiled UDFs－方法二•在Compiled UDF里,点add source codes,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（如果在在原来的文件夹下已经有libudf文件夹文件夹,那你把它删了再进行上面的步骤那你把它删了再进行上面的步骤,或者你把或者你把libudf文件夹改成其它任何名字）文件夹改成其它任何名字）Compiled UDFs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Interpreted UDF时就得用printf语句，而在Compiled UDF时就得用Message语句,二者不能互用.激活UDF•已计算值的调整已计算值的调整 激活模型明确激活模型明确UDF UDS•求解用户自定义标量输运方程•如电磁流体（用于自定义标量求解磁场）•磁场对流体的加速与阻尼用UDF加入方程中标量输运基本理论单相流动，对于任意标量，Fluent求解方程UDS只能用于流体区域计算多相流动，对于任意标量，Fluent求解方程定常单相流求解方程•无对流通量•质量流率计算出对流通量•用户自定义通量UDS求解过程•1、确定用户自定义标量数       Define-userdefined-scalars最多50个UDS求解过程（续）•给定Flux Function  none, mass flow rate, user-defined function(DEFINE_UDF_FLUXUDS求解过程（续）•设定Unsteady Function  none (default), user-defined function（DEFINE_UDS_UNSTEADY)UDS求解过程（续）•设定边界条件   Define-boundary conditionsUDS求解过程（续）•（如果有源项）流体面板  define-boundary conditions-fluidUDS求解过程（续）•设定求解参数，给定初始值，计算•检查求解结果    scalar-n    Diffusion Coef. Of Scalar-n。