Fluent udf 第10章 应用举例

第五章工程应用实例5.1 圆柱绕流数值模拟一、问题描述把一个圆柱体放在静止的流体中，然后流体以很低的速度（雷诺数很小）绕流圆柱体。

此时流动与理想流体绕流圆柱一样，流体在前驻点速度为零，而后沿圆柱体两侧流动，流动在圆柱体的前半部分是降压，速度逐渐增大到最大值，而后半部分是升压，速度逐渐下降，到后驻点重新等于零。

增大来流速度（雷诺数增大），圆柱体后半部分的压强梯度增加，以致引起边界层的分离。

随着来流速度的不断增加，圆柱体后半部分边界层中的流体微团受到更大的阻滞，分离点一直向前移动。

当雷诺数（Re）增大到40左右时，在圆柱体的后面便会产生一对旋转方向相反的对称旋涡。

当雷诺数超过40后，对称旋涡不断增长且出现摆动，到雷诺数大约等于60时，这对不稳定的旋涡分裂，最后形成有规则的、旋转方向相反的交替旋涡，这就是卡门涡街。

本节将模拟一直径为2cm的圆柱在雷诺数Re为200时卡门涡阶脱落情况。

本节涉及以下内容：1、二维结构化网格的划分；2、非稳态计算；3、动画设置；4、后处理：压力云图、速度矢量图；5、数据保存二、GAMBIT建模第1步：创建点操作：点击——，如图1。

在X，Y，Z上分别输入流体域的边界点的值。

在这里取x最小值为-6，最大值为20，y的最小值为-4，最大值为4。

对于二维圆柱的创建只需要输入圆心坐标和不在同一条直线上的二个点坐标值即可。

创建完成后如图2所示。

为了帮助画结构化网格，我们需要在圆柱外面加上一个长为4的正方形，取四个点（-2，2），（-2，-2），（2，-2），（2，2）以及点（-2，4），（-2，-4），（2，4），（2，-4）。

点创建完成后如图2所示。

图1 GAMBIT工具栏图2 点创建完成第2步由点创线操作：点击—右键单击会出现下拉菜单，在下拉菜单中选择，打开“Creat Full Circle”对话框如图3所示。

图3 创建圆对话框按照提示在Center 后选择圆心点，在End-Point 后面选择圆周上的两个点，点击Apply。

fluent 轴对称旋转周向速度udf在FLUENT中，可以使用用户定义函数（UDF）来定义轴对称旋转的周向速度。

UDF是一种用于自定义模型和边界条件的编程工具。

以下是一个简单的示例，演示如何在FLUENT中设置轴对称旋转的周向速度UDF：c#include "udf.h"DEFINE_PROFILE(udf_velocity, thread, position){real x[ND_ND]; // 位置坐标real r; // 极径real theta; // 极角real omega = 10; // 角速度（可根据需要修改）face_t f;begin_f_loop(f, thread){F_CENTROID(x, f, thread); // 获取单元面的质心坐标r = sqrt(x[0] * x[0] + x[1] * x[1]); // 计算极径theta = atan2(x[1], x[0]); // 计算极角F_PROFILE(f, thread, position) = omega * r * sin(theta); // 设置周向速度分布}end_f_loop(f, thread)}在上述UDF中，我们使用了FLUENT提供的宏定义和函数来获取单元面的位置坐标、计算极径和极角，并根据这些信息计算出周向速度分布。

omega变量表示角速度，你可以根据实际需求进行调整。

请注意，上述代码仅为示例，具体的UDF实现可能因模型和边界条件的不同而有所差异。

在使用UDF之前，请确保你已经熟悉FLUENT 的UDF编程方法，并按照官方文档和指南进行操作。

fluent软件应用超详细实例f l u e n t软件应用超详细实例Newly compiled on November 23, 2020Fluent应用实例冷热水混合器内的三维流动与换热问题问题描述：冷水与热水分别自混合器的两侧沿水平切向方向流入，在容器内混合后经过下部渐缩通道流入等径的出流管，最后流入大气，混合器简图见下图所示。

一．利用gambit建立混合器计算模型步骤1：启动gambit并选定求解器（fluent5/6）步骤2：创建混合器主体大圆柱图1圆柱体设置对话框图2混合器主体步骤3：设置混合器的切向入流管1.创建小圆柱图3小圆柱设置对话框图4创建的小圆柱体及混合器主体2将入流管移到混合器中部的边缘图5移动复制对话框图6将入流管移到混合器主体的边缘上3．将小入流管以Z轴为轴旋转1800复制图7旋转复制对话框图8将入流管旋转复制后的混合器步骤4：去掉小圆柱与大圆柱相交的多余部分，并将三个圆柱联接成一个整体图9体积列表框图10合并体积后的混合器步骤5：创建混合器下部的圆锥台图11锥台设置对话框图12创建锥台后的混合器步骤6：创建出流小管1．创建出流小圆管图13出流小管设置对话框图14创建出流小管后的混合器2．将其移动并与锥台相接图15移动小出流圆管设置对话框图16移动小出流圆管后的混合器步骤7将混合器上部、渐缩部分和下部出流小管组合为一个整体图17体积列表框图18合并体积后的混合器步骤8：混合内区域划分网格图19网格设置对话框图20划分好的表面网格图步骤9检查网格划分情况图21网格检查设置对话框图22最差网格形状及其质量步骤10设置边界类型图23边界类型设置对话框步骤11msh文件的输出二．利用fluent3D求解器进行求解步骤1启动fluent并选择求解器3D步骤2检查网格并定义长度单位1．读入网格文件（下图为读入的图示）2．确定单位长度为cm图24长度单位设置对话框3.检查网格4.显示网格图25显示网格设置对话框图26显示网格图步骤2创建计算模型1.设置求解器图27求解器设置对话框2.启动能量方程图28能量方程设置对话框2.使用εk湍流模型-图29湍流模型设置对话框步骤3设置流体的材料属性图30材料属性设置对话框图31流体材料库对话框步骤4设置边界条件图32边界条件设置对话框1.设置入口1的边界条件图33速度边界设置对话框2.设置入口2的边界条件图34速度入口2的设置对话框2.设置出流口的边界条件图35出口边界设置对话框步骤5：求解初始化图36初始化设置对话框步骤6：设置监视器图37监视器设置对话框步骤7：保存case和data文件步骤8：求解计算图38迭代计算设置对话框图39残差曲线图图40出口速度监控图三．计算结果的后处理步骤1：创建等（坐标）值面1.创建一个z=4cm的平面，命名为surf-12.创建一个x=0的平面，命名为surf-2图41等值面设置对话框步骤2：绘制温度与压强分布图1.绘制温度分布图图42水平面上的温度分布图2.绘制壁面上的温度分布图43壁面上的温度分布图3.绘制垂直平面surf-2上的压力分布图44竖直面上的温度分布图步骤3：绘制速度矢量1.显示在surf-1上的速度矢量图45水平面上的速度矢量图2..显示在surf-2上的速度矢量图图46竖直面上的速度矢量图。

初学者CONTENTS •FluentUDF简介与背景•编程环境与工具准备•UDF基础知识讲解•Fluent中UDF应用实践•性能优化与调试技巧•拓展应用与前沿进展FluentUDF 简介与背景01FluentUDF（User-Defined Function）是用户自定义函数，允许用户扩展和定制Fluent软件的功能。

FluentUDF可以用于定义边界条件、材料属性、源项、输运方程等，以满足特定问题的需求。

通过FluentUDF，用户可以将自己的数学模型和算法集成到Fluent中，实现更高级别的模拟和分析。

010203 FluentUDF定义及作用Fluent计算流体力学基础Fluent是一款基于有限体积法的计算流体力学软件，用于模拟和分析流体流动、传热、化学反应等物理现象。

Fluent提供了丰富的物理模型、数值方法和求解器，可应用于多种领域，如航空、汽车、能源、生物等。

Fluent的计算流程包括前处理、求解和后处理三个阶段，其中前处理用于建立几何模型、划分网格和设置边界条件，求解用于进行数值计算，后处理用于结果可视化和数据分析。

UDF可以扩展Fluent的标准功能，使其能够处理更复杂的物理现象和数学模型。

UDF可以提高模拟的准确性和精度，通过自定义边界条件、源项等，更好地描述实际问题的特性。

UDF还可以加速模拟过程，通过优化算法和并行计算等技术，提高计算效率。

UDF在Fluent中重要性学习FluentUDF可以深入理解Fluent软件的内部机制和计算原理，有助于更好地掌握该软件。

通过学习FluentUDF，可以培养编程思维和解决问题的能力，为未来的科学研究和工程实践打下基础。

FluentUDF是Fluent的高级功能之一，掌握它可以提高求职竞争力，拓宽职业发展道路。

FluentUDF具有很强的实用性和通用性，掌握它可以为解决实际工程问题提供有力工具。

9字9字9字9字初学者为何选择学习FluentUDF编程环境与工具准备02Fluent软件安装与配置要求操作系统兼容性确保操作系统与Fluent软件版本兼容，如Windows、Linux等。

FLUENT软件使⽤说明FLUENT问题：⼀、计算思路建模流场⽹格分区、结构、尺⼨边界模型离散迭代处理分析⼆、求解问题⼆维三维理想⽓体层流湍流⼆相流化学反应三、学些⽅法典型实例具体问题学习⼩节：CFD 分析的基本步骤1. 定义⽬标模型2. 确定模型区域3.选择合适的求解器◆⼆者都可⽤于⼴泛的流体计算，但⼀般情况下发：●segregated ：适⽤于不可压及微可压流。

只使⽤隐式格式。

●coupled ：适⽤于⾼速可压流，有强体积⼒的耦合流以及密⽹格问题。

耦合求解流动和能量⽅程，可以快速收敛。

●coupled implicit 格式内存需要量⼤，如果内存不够可以使⽤coupled explicit，同样也是耦合求解流动和能量⽅程，但收敛速度较慢。

Segregated适⽤于不可压及微可压流，只使⽤隐式格式。

Coupled适⽤于⾼速可压流，有强体积⼒的耦合流以及流场密⽹较密的问题以上情况宜使⽤coupled implicit 格式，但需内存量⼤。

当内存不⾜时，可⽤segregated或coupled explicit （显式格式⽐隐式格式收敛慢）4. 选择并⽣成⽹格对简单的⼏何体，四边形/六⾯体⽹格⽐使⽤三⾓形/四⾯体⽹格⽤更少的单元数可以⽣成更好的⽹格。

对复杂的⼏何体，四边形/六⾯体⽹格⼰经没有数值精度上的优势，⽽使⽤三⾓形/四⾯体⽹格可以节省⼤量时间。

5.建⽴数值模型边界设定有处理6. 计算求解◆在FLUENT中可以选择控制⽅程中对流项的离散⽅法。

有四种⽅法可以选择：FirstOrder、Second Order、QUICK、Power。

●当流动⽅向与⽹格相⼀致时(如：使⽤四边形或六⾯体⽹格的管内层流问题)，⼀阶迎风格式就可以了，但⼀阶格式会增加计算中的数值扩散错误。

●当流动⽅向不与⽹格相⼀致时(如：流动⽅向倾斜的穿过⽹格线)，或使⽤三⾓形、四⾯体⽹格，应使⽤⼆阶格式以获得更⾼精度的解。

在使⽤四边形或六⾯体⽹格的复杂流场时，也可以使⽤⼆阶格式以获得更⾼精度的解。

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z后处理功能的改善z FLUENT模型的改进（例如离散项模型，多项混合物模型，离散发射辐射模型）由上可以看出FLUENT UDF并不涉及到各种算法的改善，这不能不说是一个遗憾。

FLUENT UDF 应用实例:传热问题第二第三类热边界条件转换成第一类边界条件1 引言传热问题的常见边界条件可归纳为三类，以稳态传热为例，三类边界条件的表达式如下。

恒温边界（第一类边界条件）：const w T = （1-1）恒热流密度边界（第二类边界条件）：const w T n λ∂⎛⎫-= ⎪∂⎝⎭ （1-2）对流换热边界（第三类边界条件）：()w f wT h T T n λ∂⎛⎫-=- ⎪∂⎝⎭ （1-3）2 问题分析2.1 纯导热问题以二维稳态无源纯导热问题为例，如图1所示，一个10×10m 2的方形平面空间，上下面以及左边为恒温壁面（21℃），右边第二类、第三类边界条件如图所示。

为方便问题分析，内部介质的导热系数取1W/m ℃。

模型水平垂直方向各划分40个网格单元，不计边界条件处壁厚。

图1 问题描述采用FLUENT 软件自带边界条件直接进行计算，结果如图2所示。

（a ）第二类边界条件（b ）第三类边界条件 图2 软件自带边界计算结果参考数值传热学[3]，对于第二类（式1-2）、第三类（式1-3）边界条件可通过补充边界点代数方程的方法进行处理，结果如下。

第二类边界条件：11M M q T T δλ-=+（2-1）第三类边界条件：11/1M M fh h T T T δδλλ-⎛⎫⎛⎫=++⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭（2-2） 其中，T M 为边界节点处的温度（所求值），T M-1为靠近边界第一层网格节点处的温度，δ为靠近边界第一层网格节点至边界的法向距离，q 为热流密度，h 为对流换热系数。

将以上两式通过UDF 编写成边界条件（DEFINE_PROFILE ），全部转换为第一类边界条件，计算结果如图3所示。

（a）第二类边界条件（b）第三类边界条件图3 UDF计算结果可以看出，经过UDF边界转换后的计算结果与软件自带边界计算结果几乎完全相同。

2.2对流换热问题以上处理方式对于导热问题肯定是适用的，但是对于对流换热问题能否用同样的方式处理呢，笔者认为，严格意义上讲式2-1和2-2对与对流换热问题是不能用的，因为边界内侧的流体与壁面的换热机制是对流换热。

fluent之UDF⽂件的操作
下⽂转⾃沙场醉客之博客：
可⽤txt⽂件进⾏UDF编程，之后将⽂件改为.c⽂件。

（也可⽤VC编程，保存为.c⽂件）
将程序导⼊到Fluent中利⽤编译功能，具体操作
在 fluent中的Define -> Use-Defined -> Compiled 打开之后，选择source files下⾯的Add...，找到编写好的.c⽂件打开，点击Build，就会⽣成⼀个以liberary name命名的⽂件夹，编译好的资料就放在这个⽂件夹⾥⾯，最后点击load就会将编译好的内容导⼊到Fluent中，这样你在有UDF选项的下拉菜单中就会看到你编好的程序名称。

利⽤UDF编程和C语⾔编程很相似，所以最好知道⼀些C语⾔编程的基础，再掌握⼀些Fluent的UDF固有的⼀些命令，基本上⼀些简单的程序就都没问题了。