九、Fluent用戶自定義函數(shù)(UDF)基礎(2)-DEFINE_PROFILE 原創(chuàng)

Fluent學習筆記

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1. 簡介

今天我們接著說Fluent UDF功能，我們經常使用的UDF宏主要有以下幾種：

DEFINE_PROFILE：定義模型邊界

DEFINE_ADJUST：用于協(xié)調計算過程中物理量

DEFINE_INIT：初始化宏，用于自定義初始化

DEFINE_PROPERTY：定義材料物性

上述的幾種宏基本上無論使用什么物理模型都會用到，還有部分宏是在特定的模型下才會使用，如使用DPM模型時用DEFINE_DPM_SOURCE宏來定義DPM源項，而普通的物理模型下源項通過DEFINE_SOURCE宏定義即可。

今天我們主要了解DEFINE_PROFILE宏的使用，DEFINE_PROFILE宏可以用來定義邊界條件，當邊界條件比較復雜時，如定義壁面溫度T_w=f(y)，即壁面溫度是y的函數(shù)可以使用DEFINE_PROFILE宏進行定義。DEFINE_PROFILE宏可以用來定義的邊界物理量如下：

? velocity, pressure, temperature

? mass flux

? species mass fraction (species transport)(組分質量分數(shù)，只在組分輸運方程中可用)

? volume fraction (multiphase models)(體積分數(shù)，在多相流中可用)

? wall thermal conditions (temperature, heat flux, heat generation rate, heat transfer coefficients, and external emissivity, etc.)

? wall roughness conditions()

? wall shear and stress conditions

? wall adhesion contact angle壁面接觸角 (VOF multiphase model)

2. 模型及UDF代碼

下面我們通過一個實例對DEFINE_PROFILE宏做一個簡單的應用。如圖1所示，流體從IN邊界流入，從OUT邊界流出，IN邊界流體流速不是定值，而是隨著y軸發(fā)生變化。

九、Fluent用戶自定義函數(shù)(UDF)基礎(2)-DEFINE_PROFILE的圖1

圖1.模型示意圖

流體流速v_in函數(shù)

九、Fluent用戶自定義函數(shù)(UDF)基礎(2)-DEFINE_PROFILE的圖2 （1）

接下來就是UDF的編寫了，先貼上代碼

1. #include "udf.h"

2. #include "math.h" //包含頭文件

4. DEFINE_PROFILE(velocity, t, i) //邊界條件宏

5. {

6. real x, y,xd[ND_ND]; //定義變量

7. face_t f; //定義面指針

8. begin_f_loop(f, t) //對邊界面進行循環(huán)

9. {

10. F_CENTROID(xd, f, t); //獲取坐標

11. x = xd[0]; //xd[0]表示x坐標，xd[1]表示y坐標

12. y = xd[1];

13. F_PROFILE(f, t, i) = 2*y+1; //速度函數(shù)

14. }

15. end_f_loop(f, t)

16. }

對于前兩行，是UDF所包含的頭文件，這兩行代碼是必寫的，其他的情況還需要增加其他的頭文件，如多相流時，需要用到#include "sg_mphase.h"。

DEFINE_PROFILE(velocity, t, i)定義邊界宏，其中第一個參數(shù)velocity為這個宏的名字，可以任意取名；t即thread，表示指向邊界的線程，關于UDF中的face、cell、thread、domain這些概念，理解起來比較復雜，以后會逐漸提及。i標識要定義的變量的索引。這里的t要和代碼中的t保持相同，如果進行更改，其他地方的t也要相應更改。而對i不必理會。

第6行，real是UDF中聲明變量的關鍵字，替代了C語言中的double這樣的關鍵字，但本質是相同的。因此可以認為就是real x, y=double x, y，即聲明了兩個變量，而xd[ND_ND]則是UDF中表示數(shù)組的方法，等同于C語言中的數(shù)組聲明。對于第7行，face_t表示聲明指針，只不過這個指針是指向面的，與此對應的還有cell_t聲明網格指針。

第8行的begin_f_loop(f, t)，可以理解為一個循環(huán)語句，中間的f表示對面進行循環(huán)，UDF中類似的語句有很多。后面的兩個參數(shù)f，t，實際上就是在t這個thread上對所以的f進行循環(huán)。15行的end_f_loop(f, t)表示結束面循環(huán)

第10行的F_CENTROID(xd, f, t)表示獲取t線程上的f面的質心，并賦值給數(shù)組xd。實際上就是獲取面的坐標(x,y)，并賦給xd。其中xd[0]表示x坐標，xd[1]表示y坐標。因此11和12句就是將x坐標賦值給x，將y坐標賦值給y。

第13句的F_PROFILE(f, t, i) = 2*y+1是給邊界條件賦值的語句。這條語句F_PROFILE(f, t, i)表示要賦值的物理量，等于號之后的表示賦值函數(shù)。這條語句并沒有指出是在哪個邊界給什么物理量賦值，因此將這個UDF加載在哪個邊界什么物理量上就是給它賦值。

3. FLUENT操作

1. 打開fluent，read-mesh，將mesh導入Fluent中。

2. General界面保持默認，穩(wěn)態(tài)不考慮重力

九、Fluent用戶自定義函數(shù)(UDF)基礎(2)-DEFINE_PROFILE的圖3

圖2.General界面

3. 打開k-e湍流模型，能量方程不打開

九、Fluent用戶自定義函數(shù)(UDF)基礎(2)-DEFINE_PROFILE的圖4

圖3.湍流模型

4. 流體材料設置為空氣

九、Fluent用戶自定義函數(shù)(UDF)基礎(2)-DEFINE_PROFILE的圖5

圖4.流體材料

5. 導入UDF文件，一般有兩種方法可以將編寫好的C語言代碼導入到Fluent中。第一種是interpreted解釋型，如圖5，單擊interpreted，出現(xiàn)圖6的界面，單擊Browse選擇編寫好的代碼文件圖7，單擊OK，返回圖8界面，單擊interpret。此時如果控制窗口沒有出現(xiàn)Error字樣，說明UDF沒有問題。

還有另一種導入UDF的方法-Compiled編譯型，編譯型方法導入UDF需要首先配置好環(huán)境變量，然后與解釋型類似的操作。兩種方法的區(qū)別：解釋型相對簡單很多，不必配置環(huán)境變量，同時計算過程中消耗內存也較低，但當UDF代碼比較復雜時，或者用到一些高級宏時，解釋型無法正常使用；編譯型需要配置環(huán)境變量，計算過程會消耗一定的內存，但是對于任意的UDF都適用。這里由于UDF比較簡單，我們使用解釋型即可

九、Fluent用戶自定義函數(shù)(UDF)基礎(2)-DEFINE_PROFILE的圖6