UDF学习笔记

有时 fluent 自带的边界条件等不满足我们的需求，需要使用 udf 进行更改，比如一个泄漏口流量随时间变化。对于大多数没有编程基础的小伙伴来说，直接看 fluent udf 的官方文档比较吃力，花费大量的时间还找不到相关的函数。

1、UDF 常见的循环宏

简写

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d:：domin（指针）

ct,t：cell thread（指针）

ft,f_thread：face thread（指针）

c：cell thread（变量）

f：face thread（变量）
C

1.1 对域 d 中的所有单元循环

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thread_loop_f(ft,d) {  };
C

1.2 对域 d 中的所有面 thread 循环

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thread_loop_f(ft,d) {  };
C

1.3 对 thread t 中的所有单元循环

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begin_c_loop(c,t)
	{  }
end_c_loop(c,t);
C

1.4 对面 thread 中所有面循环

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begin_f_loop(f,f_thread)
	{  }
end_f_loop(f,f_thread)
C

2、相关案例

2.1 风速随高度变化

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#include "udf.h"
DEFINE_PROFILE(inlet_x,thread,index)
{
	real y,v0,h0;
	real x[ND_ND];//用来存储质心坐标
	face_t f;
	v0=1;
	h0=2;
	begin_f_loop(f,thread)
	{
        //这里传入的x是质心
		F_CENTROID(x,f,thread);//F_CENTROID 获得面中心的坐标
		y=x[2];
		F_PROFILE(f,thread,index) = v0*pow(y/h0,0.2);
		end_f_loop(f,thread)
	}
}
C

2.2 速度随时间变化

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#include "udf.h"
DEFINE_PROFILE(inlet_V,thread,i)
{
	face_t f;// 定义一个面f
	real flow_time = CURRENT_TIME;//定义一个实数flow_time获取当前时间
	begin_f_loop(f,thread)
	{
		if(flow_time >=0 )
			F_PROFILE(f,thread,i) = 1.5+0.5*sin(2*3.14159*0.1*flow_time);
		else
			F_PROFILE(f,thread,i) = 1.5;
	}
	end_f_loop(f,thread)
}
C

2.3 压力随着高度变化

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#include "udf.h"

DEFINE_PROFILE(pressure_profile,t,i)
{
   real x[ND_ND];
   real y;
   face_t f;
   begin_f_loop(f,t)
   {
       F_CENTROID(X,f,t);//F_CENTROID 获得面中心的坐标，用来计算每个面的压力
       y = x[1];// 获取y数值，0表示x，1表示y，2表示z
       F_FPOFILE(f,t,i) = 1.1e5 - y*y/(.0745*.0745)*0.1e5;
   }
   end_f_loop(f,t)
}
C

2.4 材料属性随温度变化

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#include "udf.h"
DEFILE_PROPERTY(steel_heat,c,t)
{
	real s_t;
	real = Tk = C_T(c,t);//读取当前的温度
	if(Tk<=273.15)
		s_t = 14;
	else if(Tk<=1273.15)
		s_t = 14-(Tk-273.15)*0.004;
	else
		s_t = 10;
	return s_t;
}
C

2.5 质量流量随时间变化

以下名为 INTERT_MF 的 UDF 最初指定前 10 毫秒的质量流量为 3.0 千克/秒，然后在接下来的 10 毫秒内将其增加到 4.0 千克/秒，之后指定 5.0 千克/秒。

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#include "udf.h"
DEFINE_PROFILE(inlet_mf,th,i)
{
	face_t f;
	real flow_time = CURRENT_TIME;/*查找当前流动的时间*/
	begin_f_loop(f,th)
	{
		if(flow_time <= 0.01)
			F_PROFILE(f,th,i) = 3.0;
		else if(flow_time <= 0.02)
			F_PROFILE(f,th,i) = 4.0;
		else
			F_PROFILE(f,th,i) = 5.0;
	}
	end_f_loop(f,th);
}
C

2.6 时间步长的改变

DEFINE_DELTAT

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DEFINE DELTAT (mydeltat,d)
{
    real time_step;
    real flow_time = CURRENT_TIME;
    if (flow_time 0.5)
        time_step = 0.1;
    else
        time_step = 0.2;
    return time_step;
}

C

2.7 蒸发冷凝模型源相

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#include "udf.h"
#include "sg_mphase.h"
#define T_SAT 373.15   //饱和温度373.15 K
#define LAT_HT 1.e3 //汽化潜热1000 J/kg
// 液相质量源项
DEFINE_SOURCE(liq_src, cell, pri_th, dS, eqn)
{
 Thread *mix_th, *sec_th;
 real m_dot_l;
 // mix_th存储主相的Thread指针；sec_th存储次相指针，注意ID
 mix_th = THREAD_SUPER_THREAD(pri_th);
 sec_th = THREAD_SUB_THREAD(mix_th, 1);
 // 温度大于饱和温度，表示为蒸发
 if (C_T(cell, mix_th) >= T_SAT)
 {
   //计算蒸发量，注意液相质量流量为负值，0.1为coeff值
   m_dot_l = -0.1 * C_VOF(cell, pri_th) * C_R(cell, pri_th) *
             fabs(C_T(cell, pri_th) - T_SAT) / T_SAT;
   //对体积分数求导
   dS[eqn] = -0.1 * C_R(cell, pri_th) *
             fabs(C_T(cell, pri_th) - T_SAT) / T_SAT;
 }
 else
 {
   //计算冷凝量，液相质量分数为正值
   m_dot_l = 0.1 * C_VOF(cell, sec_th) * C_R(cell, sec_th) *
             fabs(T_SAT - C_T(cell, mix_th)) / T_SAT;
   //若对体积分数求导得到的值为正，干脆直接赋零值
   dS[eqn] = 0.;
 }
 return m_dot_l;
}
// 气相质量源项，解释同上
DEFINE_SOURCE(vap_src, cell, sec_th, dS, eqn)
{
 Thread *mix_th, *pri_th;
 real m_dot_v;
 mix_th = THREAD_SUPER_THREAD(sec_th);
 pri_th = THREAD_SUB_THREAD(mix_th, 0);
 if (C_T(cell, mix_th) >= T_SAT)
 {
   m_dot_v = 0.1 * C_VOF(cell, pri_th) * C_R(cell, pri_th) *
             fabs(C_T(cell, mix_th) - T_SAT) / T_SAT;
   dS[eqn] = 0.;
 }
 else
 {
   m_dot_v = -0.1 * C_VOF(cell, sec_th) * C_R(cell, sec_th) *
             fabs(T_SAT - C_T(cell, mix_th)) / T_SAT;
   dS[eqn] = -0.1 * C_R(cell, sec_th) *
             fabs(C_T(cell, sec_th) - T_SAT) / T_SAT;
 }
 return m_dot_v;
}
//混合相的能量源项
DEFINE_SOURCE(enrg_src, cell, mix_th, dS, eqn)
{
 Thread *pri_th, *sec_th;
 real m_dot;
 pri_th = THREAD_SUB_THREAD(mix_th, 0);
 sec_th = THREAD_SUB_THREAD(mix_th, 1);
 if (C_T(cell, mix_th) >= T_SAT)
 {
   // 得到蒸发量，Lee模型
   m_dot = -0.1 * C_VOF(cell, pri_th) * C_R(cell, pri_th) *
           fabs(C_T(cell, pri_th) - T_SAT) / T_SAT;
   //对温度求导，若为负则保留，否则赋值零
   dS[eqn] = -0.1 * C_VOF(cell, pri_th) * C_R(cell, pri_th) / T_SAT;
 }
 else
 {
   //得到冷凝量
   m_dot = 0.1 * C_VOF(cell, sec_th) * C_R(cell, sec_th) *
           fabs(T_SAT - C_T(cell, mix_th)) / T_SAT;
   dS[eqn] = -0.1 * C_VOF(cell, sec_th) * C_R(cell, sec_th) / T_SAT;
 }

 // 返回热量值，利用潜热与质量流量的乘积得到
 return LAT_HT * m_dot;
}
C

3、函数

3.1 DEFINE_PROFILE

  1. 使用 DEFINE_PROFILE 定义一个自定义边界配置文件，该边界配置文件随空间坐标或时间的函数而变化。

  2. 边界的变量可以是速度、压力、温度、湍流动能、湍流耗散率、质量流率等（见手册 2.3.17）

用法DEFINE_PROFILE (name,t,i)

thread *t：指向要应用边界条件的线程的指针。

int i：标识要定义的变量的索引。

3.2 DEFILE_PROPERTY

  1. 定义材料的属性

  2. 可以是密度、粘度、热导率、吸收和扩散系数、层流火焰速度、应变率等

对于多相流

传热系数（Mixture）、颗粒或液滴直径（Mixture）

用法

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DEFILE_PROPERTY(name,c,t)
C

4、常用宏

4.1 流场变量宏

C_R(c,t) 密度（Density）
C_P(c,t) 压力（Pressure）
C_U(c,t) x 方向速度（U-velocity）
C_V(c,t) y 方向速度（V-velocity）
C_W(c,t) z 方向速度（W-velocity）
C_T(c,t) 温度（Temperature）
C_H(c,t) 焓（Enthalpy）

其他

4.2 几何和时间宏

CURRENT_TIME；获取当前模拟时间的值；

模拟 > Fluent
#UDF #Fluent #模拟
UDF学习笔记
http://example.com/2024/03/17/009 UDF学习笔记/
作者
DB
发布于
2024年3月17日
许可协议