学Fluent流体仿真!为什么还要学习UDF编程?

文摘   2024-07-09 19:45   北京  

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作者 | Fluent学习笔记  仿真秀专栏作者
首发 | 仿真秀App
导读:如果有时间的话,使用Fluent最好学习一下UDF,会加深你对Fluent的理解,拓展Fluent的功能,本文会详细介绍,点击文尾阅读原文关注,可查看Fluent 27个案例手把手教你学会UDF代码》视频教程,可以帮助用户进一步提升技能,理解并应用UDF来解决更复杂的问题,如何利用UDF自定义模拟条件,提高仿真精度和效率。
一、Fluent UDF概述
Fluent UDF(User Defined Function,用户自定义函数)是Ansys Fluent软件中的一种功能强大的工具,允许用户通过编程来自定义和扩展仿真功能。通过使用UDF,用户可以实现特定的物理现象模拟、设定自定义的边界条件、生成新的模型或优化现有模型的性能。
UDF是一段用C语言编写的代码,它可以嵌入到Fluent的求解器中,从而对流体模拟过程进行高度定制化。通过UDF,用户可以:

  • a.定义自定义边界条件和初始条件。

  • b.实现特定的物理和化学反应。

  • c.优化仿真过程中的特定计算。
二、常见UDF的语法
在编写UDF时,了解基本语法和结构是至关重要的。以下是UDF代码的基本组成部分:

1. 包含头文件:所有UDF代码都需要包含Fluent提供的头文件。

```

#include "udf.h"

```

2. DEFINE宏:使用Fluent提供的宏来定义特定的功能,如定义边界条件、材料属性等。

```

DEFINE_PROFILE(name, thread, position)

```

3. 函数主体:在函数主体中编写具体的实现代码。

三、UDF中的数据结构
在编写Fluent UDF时,理解和使用数据结构是至关重要的。Fluent UDF提供了一系列的数据结构,如domain、thread、cell、face等,用于在仿真过程中操作和获取相关信息。本文将介绍这些关键数据结构,帮助你更好地理解和使用UDF。

1.Domain

Domain是指整个计算区域,它包含了所有的网格信息和物理属性。在UDF中,domain通常用来获取全局信息或操作整个计算域。

Domain *domain;

domain = Get_Domain(1); // 获取域ID1的计算域

2.Thread

Thread是指网格的一部分,可以是一个区域、边界或内部分区。在UDF中,thread用于操作特定区域或边界的网格单元。

Thread *t;

t = Lookup_Thread(domain, thread_id); // 根据ID获取特定的thread

3.Cell

Cell代表计算域中的一个网格单元。通过操作cell,可以获取或修改网格单元内的物理属性,如温度、压力、速度等。

cell_t c;

Thread *t = Lookup_Thread(domain, thread_id);

begin_c_loop(c, t)

{

        real temp = C_T(c, t); // 获取网格单元的温度

}

end_c_loop(c, t)

4.Face

Face代表网格单元的一个面。通过操作face,可以获取或修改面上的属性,如法向量、通量等。

face_t f;

Thread *t = Lookup_Thread(domain, thread_id);

begin_f_loop(f, t)

{

        real area = F_AREA(f, t); // 获取面的面积

}

end_f_loop(f, t)

5.其他常用数据结构

a.Node:代表网格的一个节点,用于获取或修改节点上的信息。

b.Boundary Condition:定义边界条件的结构体,用于设置或获取边界条件的信息。

示例:使用数据结构的UDF,展示了如何使用上述数据结构设置一个简单的速度入口边界条件。

#include "udf.h"


DEFINE_PROFILE(velocity_inlet, thread, position)

{

        face_t f;

        real velocity = 10.0;

        begin_f_loop(f, thread)

        {

        F_PROFILE(f, thread, position) = velocity;

        }

        end_f_loop(f, thread)

}

在这个示例中:

- 使用了thread来表示入口边界。

- 使用了face来表示边界上的每个面。

- 通过F_PROFILE宏来设置面上的速度。

四、三个简单的UDF案例

1. 设置边界条件的UDF

该UDF设置速度入口边界条件为时间的函数。

#include "udf.h"


DEFINE_PROFILE(velocity_inlet, thread, position)

{

        real t = CURRENT_TIME;

        face_t f;

        begin_f_loop(f, thread)

       {

               F_PROFILE(f, thread, position) = 10.0 * sin(2.0 * M_PI * t);

        }

        end_f_loop(f, thread)

}
2. 定义材料属性的UDF

该UDF定义温度作为材料粘度的函数。

#include "udf.h"


DEFINE_PROPERTY(viscosity, c, t)

{

        real temp = C_T(c, t);

        real mu;

        mu = 1.0e-3 * (1.0 + 0.01 * (temp - 300.0));

        return mu;

}
3. 定义源项的UDF

该UDF在计算域内定义一个体积力源项。

#include "udf.h"

DEFINE_SOURCE(momentum_source, c, t, dS, eqn)

{

       real source;

       source = 1.0e-3 * C_U(c, t);

       dS[eqn] = 0.0;

       return source;

}
五、学习UDF的方法

1. 熟悉C语言:UDF是用C语言编写的,因此熟悉C语言的基本语法和结构是学习UDF的基础。

2. 阅读Fluent UDF手册:Ansys官方提供了详细的UDF手册,其中包含了各种宏和函数的使用方法及示例。

3. 观看在线教程:网络上有许多优秀的UDF教程视频,可以帮助你快速入门并解决实际问题。

4. 加入相关社区:参与流体仿真和UDF编程的在线论坛和社区,与其他用户交流经验和心得,互相帮助解决问题。

5. 动手实践:通过实际项目中的应用,不断尝试编写和调试UDF,积累经验,提升技能。

六、课程推荐

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(完)
作者:Fluent学习笔记  仿真秀专栏作者
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