UDF-自定義函數(shù)課件

1、2021/3/231用戶自定義函數(shù)UDF2021/3/232用戶自定義函數(shù) 用戶自定義函數(shù)或UDF 是用戶自編的程序它可以被動態(tài)的連接到Fluent 求解器上來提高求解器性能用戶自定義函數(shù)用C 語言編寫使用DEFINE 宏來定義UDFs 中可使用標準C 語言的庫函數(shù)也可使用預定義宏Fluent Inc.提供通過這些預定義宏可以獲得Fluent 求解器得到的數(shù)據(jù)2021/3/233UDF分類與區(qū)別 UDFs 使用時可以被當作解釋函數(shù)解釋函數(shù)或編譯函數(shù)編譯函數(shù) 解釋函數(shù)解釋函數(shù)在運行時讀入并解釋 編譯編譯UDFs 則在編譯時被嵌入共享庫中并與Fluent 連接解釋解釋UDFs 用起來簡單但是有源代

2、碼和速度方面的限制不足。編譯型編譯型UDFs 執(zhí)行起來較快也沒有源代碼限制但設置和使用較為麻煩2021/3/234UDF的用途滿足用戶個性化需求 邊界條件 材料性質(zhì) 表面與體積反應速率 輸運方程源項 用戶標量輸運方程（UDS） 調(diào)節(jié)每次迭代值 初始化流場 異步執(zhí)行 后處理改善 模型改進（離散項模型,多相混合物模型,輻射模型等）2021/3/235UDF舉例上壁面溫度 300K絕熱壁面絕熱壁面溫度: 315K溫度分布2021/3/236Profile處理(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處理要點 (和一般計算一樣設置求解器,模型等） DefineProfileRead （數(shù)據(jù)） DefineBoundaryCondition所需設置的面ThermalTemperatureTemp t （和一般計算一樣,設置其它邊值條件、初值條件及求解與結果檢查等）2021/3/238UDF處理溫度#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設置邊界溫度處理要點 (和一般計算一樣設置求解器,模型等） DefineUser definedFunctions（Interpreted Or Compiled）編譯 DefineBoundaryCondition所需設置的面ThermalT

7、emperatureBottom Temperature （和一般計算一樣,設置其它邊值條件、初值條件及求解與結果檢查等）2021/3/2310側面與地面兩處UDF2021/3/2311定義一個以上UDF上壁面溫度 300K溫度拋物線分布絕熱壁面溫度: 315K溫度分布2021/3/2312UDF編寫#include udf.hDEFINE_PRO, thread, position) 程序1DEFINE_PRO, thread, position) 程序2 DEFINE_PRO)程序3。 2021/3/2313邊界溫度分布左側溫度分布 下面溫度分布2021/3/2314場溫度分布2021/3

8、/2315UDF編寫用C語言 注釋 /* 這是劉某人講課示范用的程序 */ 數(shù)據(jù)類型數(shù)據(jù)類型 Int:整型 Long:長整型 Real:實數(shù)Float:浮點型 Double:雙精度 Char:字符型 UDF解釋函數(shù)在單精度算法中定義real類型為float型,在雙精度算法宏定義real為double型。因為解釋函數(shù)自動作如此分配,所以使用在UDF中聲明所有的float和double數(shù)據(jù)變量時使用real數(shù)據(jù)類型是很好的編程習慣。 2021/3/2316局部變量局部變量 局部變量只用于單一的函數(shù)中。當函數(shù)調(diào)用時,就被創(chuàng)建了,函數(shù)返回之后,這個變量就不存在了，局部變量在函數(shù)內(nèi)部（大括號內(nèi)）聲明。在

9、下面的例子中，mu_lam和temp是局部變量。 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求解過程中UDFs的先后順序非耦合求解器2021/3/2319耦合求解器

10、2021/3/2320FLUENT 網(wǎng)格拓撲 單元（cell） 區(qū)域被分割成的控制容積 單元中心（cell center） FLUENT中場數(shù)據(jù)存儲的地方 面（face） 單元（2D or 3D）的邊界 邊（edge） 面（3D）的邊界 節(jié)點（node） 網(wǎng)格點 單元線索（cell thread） 在其中分配了材料數(shù)據(jù)和源項的單元組 面線索（face thread） 在其中分配了邊界數(shù)據(jù)的面組 節(jié)點線索（node thread） 節(jié)點組 區(qū)域（domain） 由網(wǎng)格定義的所有節(jié)點、面和單元線索的組合 2021/3/23212021/3/2322Fluent數(shù)據(jù)類型 cell_t face_t

11、Thread Node Domain cell_t是線索（thread）內(nèi)單元標識符的數(shù)據(jù)類型。它是一個識別給定線索內(nèi)單元的整數(shù)索引。face_t是線索內(nèi)面標識符的數(shù)據(jù)類型。它是一個識別給定線索內(nèi)面的整數(shù)索引。 Thread數(shù)據(jù)類型是FLUENT中的數(shù)據(jù)結構。它充當了一個與它描述的單元或面的組合相關的數(shù)據(jù)容器。 Node數(shù)據(jù)類型也是FLUENT中的數(shù)據(jù)結構。它充當了一個與單元或面的拐角相關的數(shù)據(jù)容器。 Domain數(shù)據(jù)類型代表了FLUENT中最高水平的數(shù)據(jù)結構。它充當了一個與網(wǎng)格中所有節(jié)點、面和單元線索組合相關的數(shù)據(jù)容器。2021/3/2323使用DEFINE Macros定義UDF DEFI

12、NE_MACRONAME(udf_name, passed-in variables) 這里括號內(nèi)第一個自變量是你的UDF的名稱。名稱自變量是情形敏感的必須用小寫字母小寫字母指定。 一旦函數(shù)被編譯（和連接）,你為你的UDF選擇的名字在FLUENT下拉列表中將變成可見的和可選的。第二套輸入到DEFINE 宏的自變量是從FLUENT求解器傳遞到你的函數(shù)的變量。2021/3/2324 DEFINE_PRO, thread, index) 用兩個從FLUENT傳遞到函數(shù)的變量thread和index定義了名字為inlet_x_velocity的分布函數(shù)。這些passed-in變量是邊界條件區(qū)域的ID（

13、作為指向thread的指針）而index確定了被存儲的變量。一旦UDF被編譯,它的名字（例如,inlet_x_velocity）將在FLUENT適當?shù)倪吔鐥l件面板（例如,Velocity Inlet面板）的下拉列表中變?yōu)榭梢姷暮涂蛇x的。 2021/3/2325UDF源文件中包含udf.h文件 #include udf.h 通過在你的UDF源文件中包含udf.h,編譯過程中所有的DEFINE宏的定義與源代碼一起被包含進來。udf.h文件也為所有的C庫函數(shù)頭文件包含#include指示,與大部分頭文件是針對F l u e n t 提 供 的 宏 和 函 數(shù) 是 一 樣 的 （ 例如,mem.h）。

14、除非有另外的指示，沒必要在你的UDF中個別地包含這些頭文件。 2021/3/2326DEFINE_PRO, thread, index) 定義在udf.h文件中為 #define DEFINE_PRO, t, i) void name(Thread *t, int i) 在編譯過程中延伸為 void inlet_x_velocity(Thread *thread, int index) 名字為inlet_x_velocity的函數(shù)不返回值由于它被聲明為空的數(shù)據(jù)類型。 2021/3/2327UDF任務 返回值 修改自變量 返回值和修改自變量 修改FLUENT變量（不能作為自變量傳遞） 寫信息到（

15、或讀取信息從）case或data文件2021/3/2328返回值 DEFINE_PROPERTY返回一個udf.h中指定的real數(shù)據(jù)類型。兩個real變量傳入函數(shù):通過函數(shù)計算層流粘度mu_lam的值,其是溫度C_T(cell,thread)的函數(shù)。根據(jù)單元體溫度,計算出mu_lam,在函數(shù)結尾，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判斷單元是否在多孔區(qū)域,給多孔介質(zhì)區(qū)域定義反應速率;real指針變量rr是一個傳遞 給 函 數(shù) 的 自 變 量 。UDF使用廢棄操作符* 分配反應速率值給廢棄指針*rr。指針rr指向的目標是設置反應速率。通過這個操作,存儲在內(nèi)存中這個指針上的字符的地址被改變了,不再是指針地址本身#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返回一個值和修改一個自變量的函數(shù)DEFINE_SOURCE返回一個在udf.h中指定的數(shù)據(jù)類型。函數(shù)采用自變量ds（它是數(shù)

18、組的名字）并設置由eqn指定的元素為關于速度（w_vel）導數(shù)的值。（這是z動量方程源項）。這個函數(shù)也計算了旋轉(zhuǎn)速度源項的值source,并返回這個值到求解器。#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變量的函數(shù)函數(shù)由聲明變量f作為face_t數(shù)據(jù)類型開始。一維數(shù)組x和變量y是real 數(shù)據(jù)類型。循環(huán)宏用來在區(qū)域中每個面上循環(huán)以創(chuàng)建型線或數(shù)據(jù)數(shù)組。在每個循環(huán)內(nèi),F_CENTROID為含有

20、index f的面輸出面 質(zhì) 心 的 值 （ 數(shù) 組x）,index f在由thread指向的線索上。存儲在x1中的y坐標分配給變量y,它用于計算x速度。然 后 這 個 值 分 配 給F_PROFILE, 它使用整數(shù)index（由求解器傳遞個它）來設置內(nèi)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寫/讀Case或Data文件在頂部整數(shù)kount被定義為全局的（由于它被源代碼文件中的所有三個函數(shù)使 用 ） 并 初 始 化 為 0 。 名 字 為demo_ca lc的 第 一 個 函 數(shù) ,使 用DEFINE_ADJUST 宏來定義。在demo_calc中,kount的值每次迭代后 增 加 因 為 每 次 迭 代 調(diào) 用DEFINE_ADJUST一次。名字為writer的第二個函數(shù),使用DEFINE_RW_FILE宏來定義。

22、當保存數(shù)據(jù)文件時，它指示FLUENT寫當前kount值到數(shù)據(jù)文件。名字為reader的第三個函數(shù)，當讀取數(shù)據(jù)文件時，它指示FLUENT從這個數(shù)據(jù)文件中讀取kount的值。 這三個函數(shù)一起工作如下。如果你運行10次迭代計算（kount將增加到值為10）并保存這個數(shù)據(jù)文件，當前kount(10)的值被寫入你的數(shù)據(jù)文件。如果你讀這個數(shù)據(jù)返回到FLUENT并繼續(xù)計算，kount將以值10開始隨著每次迭代繼續(xù)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是一個用于調(diào)節(jié)和修改FLUENT變量的通用宏。 可以用DEFINE_ADJUST來修改流動變量（如:速度,壓力）并計算積分。 用來對某一標量在整個流場上積分,然后在該結果的基礎上調(diào)節(jié)邊界條件。 在每一步迭代中都可以執(zhí)行用DEFINE_ADJUST定義的宏,并在解輸運方程之前的每一步迭代中調(diào)用它。2021/3/2335DEFINE_ADJUST ( name, d) DEFINE_ADJUST有兩個參變量:name和d。name是你所指定的UDF的名字。當你的UDF編譯并連接時,你的FLUENT圖形用戶界面就會顯示這個名字,此時你就可以

25、選擇它了。d是FLUENT解算器傳給你的UDF的變量。 D是一個指向區(qū)域的指針,調(diào)節(jié)函數(shù)被應用于這個區(qū)域上。區(qū)域變量提供了存取網(wǎng)格中所有單元和表面的線程。對于多相流，由解算器傳給函數(shù)的區(qū)域指針是混合層區(qū)域指針。 DEFINE_ADJUST函數(shù)不返回任何值給解算器。2021/3/2336DEFINE_INIT 用DEFINE_INIT宏來定義一組解的初始值。 DEFINE_INIT 完成和修補一樣的功能,只是它以另一種方式UDF來完成。 每一次初始化時DEFINE_INIT函數(shù)都會被執(zhí)行一次,并在解算器完成默認的初始化之后立即被調(diào)用。因為它是在流場初始化之后被調(diào)用的,所以它最常用于設定流動變量的

26、初值。2021/3/2337DEFINE_INIT ( name, d) DEFINE_INIT有兩個參變量:name和d。 name是你所指定的UDF的名字。當你的UDF編譯并連接時,你的FLUENT圖形用戶界面就會顯示這個名字,此時你就可以選擇它了。 d是FLUENT解算器傳給你的UDF的變量所作用的計算區(qū)域2021/3/2338DEFINE_INIT舉例舉例 下面的UDF名字是my_init_func,它在某一個解中初始化了流動變量。在解過程開始時它被執(zhí)行了一次。它可以作為解釋程序或者編譯后的UDF在FLUENT中執(zhí)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中變量值 C_T(c,t)cell t c, Thread *t 溫度 C_P(c,t)cell t c, Thread *t 壓力 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 物質(zhì)質(zhì)

33、量分數(shù) C_K(c,t)cell t c, Thread *t 湍流運動能 C_D(c,t)cell t c, Thread *t 耗散率2021/3/2342速度導數(shù)名稱（參數(shù)）名稱（參數(shù)）參數(shù)類型參數(shù)類型返回值返回值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層流粘性系數(shù)C_MU T(c,t)cell t c, Thread *t湍流粘性系數(shù)C_MU EFF(c,t)cell t c, Thread *t有效粘度C_K_L(c,t)cell t c, Thread *t層流熱傳導系數(shù)C_K_T(c,t)cell t c, Thread *t湍流熱傳導系數(shù)C_K_ EFF(c,t)cell t c, Thread *t有效熱傳導系數(shù)C_CP(c,t)cell t c, Thread *t比熱C_RGAS(c,t)cell t c, Thread *t通用氣體常數(shù)C_DIFF L(c,t,i,j)cell t

36、 c, Thread *t, int i,int j層流擴散率 物性參數(shù)2021/3/2344循環(huán)宏6.2.1 Looping over Cell Threads in a Domain ( thread_loop_c) 查詢控制區(qū)的單元線6.2.2 Looping over Face Threads in a Domain ( thread_loop_f) 查詢控制區(qū)的面6.2.3 Looping over Cells in a Cell Thread ( begin.end_c_loop) 查詢單元線中的單元6.2.4 Looping over Faces in a Face Thread

37、 ( begin.end_f_loop)查詢面單元中的面6.2.5 Looping over Faces on a Cell ( c_face_loop) 查詢單元面6.2.6 Looping over Nodes of a Cell ( c_node_loop) 查詢單元節(jié)點 2021/3/2345UDF編譯連接 Interpreted UDFs:解釋的UDF被編譯成與體系結構無關的中間代碼或偽碼。這一代碼調(diào)用時是在內(nèi)部模擬器或解釋器上運行。與體系結構無關的代碼犧牲了程序性能,但其UDF可易于共享在不同的結構體系之間,即操作系統(tǒng)和FLUENT版本中。 Compiled UDFs :編譯后的U

38、DF由C語言系統(tǒng)的編譯器編譯成本地目標碼。這一過程須在FLUENT運行前完成。在FLUENT運行時會執(zhí)行存放于共享庫里的目標碼,這一過程稱為“動態(tài)裝載”。 2021/3/2346Interpreted UDFs2021/3/2347Compiled UDFs方法一在你case所在的目錄下,建立libudf在libudf下建立兩個src和ntx86子目錄源程序（*.c）放進src;在ntx86下再建2d、2d_host、2d_node等(2d）然后在2d文件夾下,把Fluent.Incfluent6. srcmake和Fluent.Inc fluent6. src user_nt.udf拷進去,將make重命名為makefile接著修改user_nt.udf里的內(nèi)容,要改成以下格式: SOURCES = $(SRC)udfexample.c(源程序名字) VERSION = 2d(是二維還是三維) PARALLEL_NODE = none(有沒有并行)