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材料属性的自定义开发

在CFX二次开发中，材料属性的自定义开发是一个重要的环节，特别是在航空航天领域中，不同材料的性能对计算结果的影响非常显著。通过自定义材料属性，用户可以更准确地模拟特定材料的行为，从而提高仿真结果的可靠性。本节将详细介绍如何在CFX中自定义材料属性，包括材料属性的定义、修改和应用方法。

1.材料属性概述

在CFX中，材料属性是指流体、固体或其他物质在特定条件下的物理性质，如密度、粘度、热导率、比热容等。这些属性对于正确的模拟流场和热传递过程至关重要。CFX内置了多种常见材料的属性，但在实际工程应用中，经常会遇到需要自定义材料属性的情况。

1.1材料属性的分类

材料属性可以分为以下几类：

流体材料属性：包括密度、动态粘度、热导率、比热容等。

固体材料属性：包括密度、热导率、比热容、热膨胀系数等。

多相材料属性：用于多相流仿真，包括表面张力、相变潜热等。

用户自定义材料属性：根据特定需求，用户可以自定义材料的任意属性。

1.2材料属性的来源

自定义材料属性的数据可以来自实验、文献或理论计算。确保数据的准确性和可靠性是自定义材料属性的关键。

2.自定义材料属性的方法

在CFX中，自定义材料属性可以通过多种方式实现，包括使用Expression语言、Fortran子程序和外部函数库等。本节将详细介绍这些方法的原理和具体操作步骤。

2.1使用Expression语言

Expression语言是一种简洁的数学表达式语言，可以直接在CFX的预处理界面中定义材料属性。这种方法适用于简单的数学关系。

2.1.1定义密度

假设我们需要定义一种随温度变化的流体密度，表达式可以如下定义：

Density=1000-0.2*(Temperature-273.15)[kg/m^3]

在这个表达式中，密度随温度线性变化，温度单位为开尔文。

2.1.2定义动态粘度

动态粘度也可以通过Expression语言定义，例如：

DynamicViscosity=1.8e-5*(1+0.0001*(Temperature-273.15))[Pa*s]

这个表达式中，动态粘度随温度线性变化。

2.2使用Fortran子程序

对于更复杂的材料属性关系，可以使用Fortran编写自定义子程序。这些子程序需要编译并链接到CFX中。

2.2.1编写Fortran子程序

假设我们需要定义一种随温度和压力变化的密度。Fortran子程序可以如下编写：

!密度随温度和压力变化的Fortran子程序

SUBROUTINECFX_GET_DENSITY(TEMP,PRES,DENSITY)

IMPLICITNONE

REAL(8),INTENT(IN)::TEMP,PRES

REAL(8),INTENT(OUT)::DENSITY

!定义材料属性

DENSITY=1000-0.2*(TEMP-273.15)+0.01*(PRES-101325)

RETURN

ENDSUBROUTINECFX_GET_DENSITY

在这个子程序中，密度不仅随温度变化，还随压力变化。

2.2.2编译和链接子程序

编写完子程序后，需要将其编译并链接到CFX中。具体步骤如下：

编译子程序：

ifort-cget_density.f90

生成共享库：

ifort-shared-oget_density.soget_density.o

配置CFX：

在CFX-Pre中，通过“SolverControl”下的“UserFortran”选项，指定编译好的共享库路径。

2.3使用外部函数库

对于高度复杂或需要调用外部计算资源的材料属性，可以使用外部函数库。这些函数库可以是用户自定义的，也可以是第三方提供的。

2.3.1编写外部函数库

假设我们有一个外部函数库，用于计算特定材料的热导率。函数库可以如下编写：

//外部函数库：计算热导率

#includestdio.h

doubleget_thermal_conductivity(doubletemperature,doublepressure){

//定义热导率计算公式

doublethermal_conductivity=0.6+0.0001*(temperature-273.15)+0.00001*(pressure-101325);

returnthermal_conductivity;

}

在这个函数库中，热导率随温度和压力变化。

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