fluent教程

第九章

本章扼要介绍了FLUENT中用户自定义标量及它们的用法。

• 9.1 介绍

• 9.2 理论

• 9.3 UDS的定义，求解，后处理

9.1 介绍

FLUENT可以用求解诸如质量组分之类标量方程的相同方法来求解任

意的用户自定义标量 (UDS)。在某些类型的应用中，如燃烧模拟或是

等离子增强表面反应（plasma-enhanced surface reaction）的模拟

中，还需引入新的标量输运方程。用户自定义标量可被用于磁流体动

力(MHD)模拟中。在MHD中，导电流体（conducting fluid）的流体

将会产生磁场，此磁场可以用户自定义标量来求解。磁场造成的对流

体的阻尼（a resistance to the flow），可用用户自定义的源项来

模拟。书中4.3.12和4.3.13介绍了用 UDFs来定义标量输运方程的

例子。 to customize scalar transport equations.

9.2 理论 对于一个任意的标量， FLUENT 可求解方程

(9.2.1)此处 和 是用户为N 个标量方程中的每一个方程定义的扩散系数和源项。对于稳态的情况，根据计算对流通量的方法的不同，

FLUENT 可求解以下的三种方程之一：

• 如果对流通量不用计算，则FLUENT 可解方程

(9.2.2) 此处 和 是用户为N 个标量方程中的每一个方程定义的扩散系数和源项。

• 如果以质量流率来计算对流通量，FLUENT可解方程

(9.2.3)

• 如果选择一个用户自定义函数来计算对流通量，FLUENT可解方程

(9.2.4) 此处 是用户定义的流率。

!! 在FLUENT中，用户自定义函数只可在流体区域内求解，而不能在

固体区域内求解。

9.3 UDS的定义，求解，后处理 定义，求解，后处理用户自定义标量的步骤概括如下。注意UDFs 在

多相流体和单项流体中应用的重要不同在于，如果是单相的情况（an

3.3 实验一：管内层流流动数值计算

3.3.1 计算目的

1、初步掌握软件的操作与边界条件设置方法；

2、通过模拟计算了解圆管层流的入口段流动与充分发展段流动特点及边界层在入口处生

长，然后，不断增加，直至两边相交于管中心线（管子足够长），管段进入充分发展段，在

充分发展段形成抛物线分布等知识。

3.3.2 物理问题

流体在水平圆管内流动，管径D=0.2 m 管长 L=8 m. 入流速度Vin=1 m/ s截面上速度认为一

致，密度ρ=1 kg/ m3 , 粘性系数 µ= 2 x 10-3 kg/(ms). 雷诺数Re100avgVDρ

µ==，其中：

Vavg=1m/s为入口平均速度, 应用Fluent求解。

3.3.3 具体操作

在GAMBIT中创建如下物理模型。首先，利用轴对称图形，我们创建四个节点。然后

连接各相邻节点，形成矩形。再形成面。运行GAMBIT，选择求解器为Fluent5/6。

3.3.3.1 创建节点与面

（1）创建节点： （

0,0） （0,0.1）

（8,0.0） （8,0.1）

x r

进入界面：

操作： > Vertex Command Button > Create Vertex

进入界面：

x=0；y=0； z=0，点击Apply. 便创建了vertex.1 (0,0,0)点。

重复操作，创建：Vertex 2: (0,0.1,0)，Vertex 3: (8,0.1,0)，Vertex 4: (8,0,0)

二维问题，Z轴省略默认为赋值为0。

操作：Global Control > Fit to Window Button

可以查看整个图形，如下：

（2）将节点连成线 操作：> Edge Command Button > Create Edge

选择矩形的两个点，点击Apply。

重复以上操作，可得4条线，得到一个矩形：

（3）创建面 操作：> Face Command Button > Form Face

第一章. 介绍

本章简要地介绍了用户自定义函数(UDF)及其在Fluent中的用法。在1.1到1.6节中我

们会介绍一下什么是UDF；如何使用UDF，以及为什么要使用UDF，在1.7中将一步步的

演示一个UDF例子。

1.1 什么是UDF？

1.2 为什么要使用UDF？

1.3 UDF的局限

1.4 Fluent5到Fluent6 UDF的变化

1.5 UDF基础

1.6 解释和编译UDF的比较

1.7一个step-by-stepUDF例子

1.1什么是UDF？

用户自定义函数，或UDF，是用户自编的程序，它可以动态的连接到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。UDF中可使

用标准C语言的库函数，也可使用Fluent Inc.提供的预定义宏，通过这些预定义宏，可以获

得Fluent求解器得到的数据。

UDF使用时可以被当作解释函数或编译函数。解释函数在运行时读入并解释。而编译

UDF则在编译时被嵌入共享库中并与Fluent连接。解释UDF用起来简单，但是有源代码和

速度方面的限制不足。编译UDF执行起来较快，也没有源代码限制，但设置和使用较为麻

烦。

1.2为什么要使用UDF？

一般说来，任何一种软件都不可能满足每一个人的要求，FLUENT也一样，其标准界

面及功能并不能满足每个用户的需要。UDF正是为解决这种问题而来，使用它我们可以编

写FLUENT代码来满足不同用户的特殊需要。当然，FLUENT的UDF并不是什么问题都可

以解决的，在下面的章节中我们就会具体介绍一下FLUENT UDF的具体功能。现在先简要

介绍一下UDF的一些功能： z 定制边界条件，定义材料属性，定义表面和体积反应率，定义FLUENT输运方程

中的源项，用户自定义标量输运方程（UDS）中的源项扩散率函数等等。 z 在每次迭代的基础上调节计算值

z 方案的初始化

z （需要时）UDF的异步执行

解及精度）。f的化学当量值的确定在下面讨论。注：不应将中心点设

得高于0.8或低于0.2。

Mixture Fraction Variance Points （混合分数变化量点）：为将要建立的查

询表上的2

sf′

的离散值的数量。混合分数变化量点数应大体上为需要的

平均混合分数点数的一半。

因为通常沿查询表的2

sf′

轴变化量比沿f轴

慢，因此需要低解。

Secondary Partial Fraction （次要部分分数）：包含与（可选的）次要部分分

数相关的参数：

Secondary Partial Fraction Points （次要部分分数点）：为将要建立的查询

表上的

secp的离散值数量。像“Fuel Mixture Fraction Points”，如果为一个

二混合分数模型在PDF选项上（见14.3.3节）FLUENT将使用次要部分分

数点计算PDF。点数越大，给出的PDF分布越精确，单是计算时间越长。

Automatic Distribution （自动分布）：允许对次要部分分数及其变化量进

行自动离散。多数情况下推荐使用自动离散。

Distribution Center Point （分布中心点）（仅当“Automatic Distribution”不

可用时才可用）：决定了

secp离散值的需要数目分布。需要的点数将分

布在中心点的任何一边，多数点集中在近中心地，少数点在端点上。如

果中心点定义为0.5（默认），值将在在范围内0均匀分布在0到1之间。

对一种氧化剂或非反应次要流，应保持该默认值。对次要流，通常应在

secp的化学当量值的富边选择该值。这将会在化学当量范围及以下——

在该范围内，计算将更加关键，建立更多的点（因此，会有更好的解及

精度）。

secf的化学当量值的确定在下面讨论。所以可用方程14.1-3决定

secp的相应值。注：不应将中心点设为高于0.8或低于0.2。

Equilibrium Chemistry Model （平衡化学模型）：包括与平衡化学模型（见14.1.2