Fluent UDF【17】：UDS宏

ANSYS Fluent能够求解自定义标量输运方程。本文描述在Fluent中求解自定义标量方程需要使用的一些UDF宏。

对于用户在ANSYS Fluent模型中指定的每个标量方程，可以为标量输运方程中的扩散系数、通量以及瞬态项提供单独的UDF进行指定。对于多相流问题，用户还可以为每一相指定UDF。另外，用户还可以利用UDF为标量方程指定源项以及边界条件。

1、 扩散系数

用户可以利用UDF为流体或固体材料指定各向同性或各向异性的扩散系数。

各相同性扩散系数通过UDF宏DEFINE_DIFFUSIVITY指定，而各向异性则使用UDF宏DEFINE_ANISOTROPIC_DIFFUSIVITY进行定义。

2、通量

利用UDF宏DEFINE_UDS_FLUX来指定通量。

3、源项

UDS中的源项采用UDF宏DEFINE_SOURCE进行指定，定义方式与普通的源项定义方式相同。

4、边界条件

与一般的边界定义相同，UDS中采用DEFINE_PROFILE宏来指定边界条件。

宏DEFINE_ANISOTROPIC_DIFFUSIVITY用于定义各相异性扩散系数。

宏描述： 

宏参数包括：

name：宏名称，可以随便定义，symbol类型

c：网格单元索引，由Fluent传入。cell_t类型

t：网格索引指针，由Fluent传入。Thread *类型

i：标量索引。int类型

dmatrix：一个real类型的数组，其定义为real dmatrix[ND_ND][ND_ND]

返回值：void

该宏利用dmatrix返回扩散系数数据，因此在程序中要为dmatrix赋值，对于二维问题，dmatix是一个2x2的数组，对于三维问题，则是一个3x3的数组。

DEFINE_UDS_FLUX宏用于指定UDS中对流项的计算方式。

宏描述： 

DEFINE_UDS_FLUX(name, f, t, i)

宏参数：

name：宏名称

f：面索引，由Fluent传入，类型为face_t

t：面线索指针，由Fluent传入，数据类型为Thread *

i：标量索引，int类型，由Fluent传入

函数返回 ：real

微分形式的传输方程对流项通常具有以下的通用形式： 

式中，ϕ为用于自定义的守恒标量，ψ为向量场。默认情况下的对流项中，ψ为密度与速度向量的乘积： 

使用宏DFFINE_UDS_FLUX定义对流项时，UDF必须返回标量值，其中A为面法向方向的投影面积。

在UDF中需要计算Ψ，利用Fluent提供的预制宏计算速度及密度等参数，如下面的代码片段：

real NV_VEC(psi), NV_VEC(A);
NV_D(psi, =, F_U(f,t), F_V(f,t), F_W(f,t));
NV_S(psi, *=, F_R(f,t)) ;
F_AREA(A,f,t);
return NV_DOT(psi,A);

可以利用DEFINE_UDS_UNSTEADY宏自定义标量方程的瞬态项。

宏定义： 

参数定义：

symbol name：自定义的UDF名称

cell_t c：网格索引

Thread *t：网格索引指针

int i：标量方程索引

real *apu：中间系数指针

real *su：源项指针

返回值：void

在ANSYS Fluent中，瞬态项被分解为源项su和中中间系数项

式中第一项为apu，第二项为su。

如下面的代码片段： 

#include "udf.h"
DEFINE_UDS_UNSTEADY(my_uds_unsteady,c,t,i,apu,su)
{
   real physical_dt, vol, rho, phi_old;    
   physical_dt = RP_Get_Real("physical-time-step");   
   vol = C_VOLUME(c,t);
    rho = C_R_M1(c,t); 
  *apu = -rho*vol;   
   phi_old = C_STORAGE_R(c,t,SV_UDSI_M1(i));        
  *su = rho*vol*phi_old/physical_dt;   
}

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