本文描述了利用 UDF 宏输出指定坐标位置的物理量的两种方法与例程。

Fluent 中提供了 Report 及 Monitor 工具用于监测指定位置的物理量。但如果位置坐标不是固定的,则难以采用监测的方式实现此功能(其实也不是不可以,只不过需要使用 Scheme 计算监测点的坐标),此时可以利用 UDF 将指定坐标点的物理量输出到文件。

1 宏介绍

在 UDF 中想要输出单元体的物理量,如输出压力可以使用宏 C_P,需要利用到两个参数:Cell_t ct 及 Thread *t。因此输出指定位置的物理量,其核心为利用 UDF 宏根据坐标点的位置获取变量 ct 及 t,这可以使用 UDF 宏 CX_Find_Cell_With_Point 实现。该宏定义于头文件 cxndsearch.h 中。

宏定义为:

FLUENT_EXPORT CX_Cell_Id *CX_Find_Cell_With_Point(ND_Search *, double v[3], double time);
  • 返回类型为 CX_Cell_ID 的值,之后可以利用 RP_CELL 宏与 RP_THREAD 宏获取到 ct 与 t。
  • 参数 ND_search 为一个结构体,其为 Fluent 传递进来的参数,在使用时只需要声明即可。
typedef struct nd_search_struct
{
  ND_Table *table;
  ND_Table_Dump *table_dump;
  int table_num_remain;
  ND_Point *points;
  double *min;
  double *max;
  int dim;
  int num;
  double *values;
  void *data;
  int total_dump_alloced;
} ND_Search;
  • double v[3]:为指定的点坐标数组
  • double time:通常指定为 0

此宏通常还配合另外两个宏一起使用:

FLUENT_EXPORT ND_Search *CX_Start_ND_Point_Search(ND_Search *, cxboolean do_domain, int t_id);
FLUENT_EXPORT ND_Search *CX_End_ND_Point_Search(ND_Search *);

2 测试模型

利用一个简单的方腔顶盖流模型作为测试模型。方腔顶盖流问题是粘性不可压缩流动经典基准问题。其几何模型及边界条件如下图所示。

mmexport1595683666455.png

流场计算基于雷诺数,流体密度,动力粘度,方形腔体的边长。计算设置过程不是本文重点,这里就不详述了,计算完毕后速度分布如下图所示。

mmexport1595683666660.png

  • 如下图所示在区域内取一条中轴线,后面用于数据比较

    ![mmexport1595683666844.png](https://s2.img.headns.com/2020/07/b9bf68727a1ac.png)
    
  • 中轴线上的速度分布如下图所示

    ![mmexport1595683666923.png](https://s2.img.headns.com/2020/07/812a6805b6659.png)
    

下面用 UDF 取出这 20 个点的速度值,并与 Fluent 输出的值进行比较。

3 UDF 编写及加载

采用下面的程序代码:

#include "udf.h"
#include "cxndsearch.h" 
static ND_Search *domain_table = NULL;
 
DEFINE_ON_DEMAND(find_cell)
{
    #if !RP_HOST
    cell_t c;
    Thread *t;
    CX_Cell_Id *cx_cell;
    real velocity;
 
    real P[2];
    real P_Cell[2];
 
    domain_table = CX_Start_ND_Point_Search(domain_table,TRUE,-1);
    Message("coord X\t Coord Y \t Velocity\n");
 
    for(int i =0; i< 20; i++)
    {
        P[0] = 0.5;
        P[1] = i/19.0;
 
        cx_cell = CX_Find_Cell_With_Point(domain_table,P,0.0);
        if(cx_cell)
        {
            c = RP_CELL(cx_cell);
            t = RP_THREAD(cx_cell);
            C_CENTROID(P_Cell,c,t);/*可以得到网格中心坐标,本案例并未使用。*/   
            /*没有直接获取合速度的宏,这里用速度分量自己合成*/
            velocity = sqrt(C_U(c,t)*C_U(c,t)+ C_V(c,t)*C_V(c,t));
            Message("%f \t %f \t %f\n",P[0],P[1],velocity);
        }else
        {
             Message("Could not find cell at [%g,%g]!\n",P[0],P[1]);
        }
    }
    domain_table = CX_End_ND_Point_Search(domain_table);
    #endif
}
  • 编译 UDF 并 Load,如下图所示

    ![mmexport1595683666994.png](https://s2.img.headns.com/2020/07/c02b420e7de7f.png)
    
  • 利用 Execute on Demand 执行 UDF,如下图所示

    ![mmexport1595683667067.png](https://s2.img.headns.com/2020/07/60a6b3d54bff4.png)
    

输出结果为:

coord X     Coord Y      Velocity
0.500000      0.000000      0.019517
0.500000      0.052632      0.174676
0.500000      0.105263      0.299605
0.500000      0.157895      0.377188
0.500000      0.210526      0.360432
0.500000      0.263158      0.300335
0.500000      0.315789      0.243339
0.500000      0.368421      0.193956
0.500000      0.421053      0.137476
0.500000      0.473684      0.091297
0.500000      0.526316      0.049998
0.500000      0.578947      0.040129
0.500000      0.631579      0.086893
0.500000      0.684211      0.138203
0.500000      0.736842      0.194738
0.500000      0.789474      0.256057
0.500000      0.842105      0.330296
0.500000      0.894737      0.378853
0.500000      0.947368      0.436476
0.500000      1.000000      0.923212

将之前导出的数据与 UDF 输出的值放在同一张图中,如下图所示。可以看出,二者具有较好的一致性。
mmexport1595683667146.png

4 另一种方法

另一种获取指定位置网格的方法是使用DPM_Locate_Point宏,这个文件在 UDF 手册中也没有任何解释。

下面是本案例的例程。

#include "udf.h"
#include "dpm.h"
DEFINE_ON_DEMAND(find_cell)
{
    #if !RP_HOST
    cell_t c;
    Thread *t;
    CX_Cell_Id cx_cell;
    real velocity;
    real P[2];
    real P_Cell[2];
 
    DPM_Init_Oct_Tree_Search();
    Message("coord X\t Coord Y \t Velocity\n");
    /*若想要输出(0.5,0)点的数据,那就设置i=0*/
    for(int i =1; i< 20; i++)
    {
        P[0] = 0.5;
        P[1] = (real)(i/19.0);
        cx_cell.ct.c = 0;
        cx_cell.ct.t = NULL;
        DPM_Locate_Point(P,&cx_cell,0.0,0);
 
        if(NNULLP(cx_cell.ct.t))
        {
            c = RP_CELL(&cx_cell);
            t = RP_THREAD(&cx_cell);
            C_CENTROID(P_Cell,c,t);/*可以得到网格中心坐标,本案例没有使用*/            
            velocity = sqrt(C_U(c,t)*C_U(c,t)+ C_V(c,t)*C_V(c,t));
            Message("%f \t %f \t %f \n",P[0],P[1],velocity);
        }else
        {
             Message("Could not find cell at [%f,%f]!\n",P[0],P[1]);
        }
 
    }
    DPM_End_Oct_Tree_Search();
    #endif
}

输出结果如下图所示。
mmexport1595683667362.png

利用 UDF 获取计算区域中指定位置的物理量,可以应用在很多的场合,尤其是在跟踪一些运动位置的物理量时,可以将宏放到循环中连续获取不同坐标位置的物理量。本案例在 2D 下测试,若为 3D 模型,需要设置 P[3] 的值,道友们自行尝试。

转载自微信公众号:流沙CAE CFD之道

Last modification:November 21st, 2020 at 12:24 pm
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