化工仿真软件：ANSYS Fluent二次开发_（7）.自定义物理模型.docx

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自定义物理模型

在ANSYSFluent中，自定义物理模型是一个非常重要的功能，它允许用户根据特定的工程需求，扩展和修改现有的物理模型。通过自定义物理模型，用户可以实现更加复杂和精确的模拟，从而更好地解决实际问题。本节将详细介绍如何在ANSYSFluent中自定义物理模型，包括定义新的物理模型、修改现有模型以及如何将自定义模型集成到Fluent中。

1.定义新的物理模型

1.1用户定义函数（UDF）

用户定义函数（User-DefinedFunctions,UDF）是ANSYSFluent中最常用的自定义物理模型的方法之一。UDF允许用户编写C语言代码来定义新的物理模型，例如自定义的输运方程、边界条件、源项等。Fluent提供了丰富的UDF宏和API，使得用户可以轻松地实现复杂的物理模型。

1.1.1UDF的基本结构

一个典型的UDF包含以下几个部分：

包含必要的头文件：通常需要包含udf.h头文件。

定义UDF宏：使用Fluent提供的宏来定义UDF的类型，例如DEFINE_PROFILE、DEFINE_SOURCE等。

编写UDF主体：在宏定义的主体中编写具体的C代码。

编译和加载UDF：将编写好的UDF代码编译成动态链接库（DLL），并在Fluent中加载。

例子：定义一个自定义的温度边界条件

假设我们需要在一个壁面上定义一个随时间变化的温度边界条件。我们可以使用DEFINE_PROFILE宏来实现这个功能。

#includeudf.h

/*定义一个自定义的温度边界条件*/

DEFINE_PROFILE(time_dependent_temperature,t,i)

{

face_tf;

realt_time;

realamplitude=100.0;/*温度变化的振幅*/

realfrequency=1.0;/*温度变化的频率，单位为Hz*/

/*获取当前时间*/

t_time=CURRENT_TIME;

/*遍历所有面*/

begin_f_loop(f,t)

{

/*设置温度*/

F_PROFILE(f,t,i)=300.0+amplitude*sin(2*M_PI*frequency*t_time);

}

end_f_loop(f,t)

}

在这个例子中，我们定义了一个随时间变化的正弦温度分布。amplitude和frequency分别是温度变化的振幅和频率。CURRENT_TIME宏用于获取当前的模拟时间。F_PROFILE(f,t,i)宏用于设置面的温度值。

1.2自定义输运方程

ANSYSFluent允许用户通过UDF定义新的输运方程。输运方程的定义通常包括方程的形式、源项以及边界条件。用户可以通过编写UDF来实现这些自定义的输运方程。

1.2.1定义自定义输运方程的步骤

创建新的标量变量：在Fluent中创建一个新的标量变量，用于表示自定义的输运量。

编写UDF：编写UDF来定义输运方程的源项和边界条件。

编译和加载UDF：将编写好的UDF编译成DLL，并在Fluent中加载。

设置输运方程：在Fluent中设置新的输运方程，并指定UDF。

例子：定义一个自定义的浓度输运方程

假设我们需要模拟一个化学反应过程中的浓度分布。我们可以使用DEFINE_SCALAR和DEFINE_SOURCE宏来定义新的浓度输运方程。

#includeudf.h

/*定义一个新的标量变量，用于表示浓度*/

DEFINE_SCALAR(concentration,cell,thread,n)

{

returnC_UDSI(cell,thread,n);

}

/*定义浓度输运方程的源项*/

DEFINE_SOURCE(concentration_source,cell,thread,dS,eqn)

{

realsource=0.0;

realconcentration;

realreaction_rate=0.01;/*反应速率常数*/

concentration=C_UDSI(cell,thread,0);/*获取当前浓度*/

/*计算源项*/

source=-reaction_rate*concentration;

/*