九、Fluent用户自定义函数(UDF)基础教程(2)-DEFINE_PROFILE详解

高级 Fluent 用户自定义函数 (UDF) 应用：DEFINE_PROFILE 宏探索与实现

摘要：

本文深入探究 Fluent 中 DEFINE_PROFILE 宏的应用，着重于该宏在定义复杂数学表达式的边界条件时的灵活性及实例展示，旨在为 Fluent 用户提供在流体动力学仿真中定制边界条件的可能性。通过实例解析和 Fluent 操作流程，读者将掌握如何将 DEFINE_PROFILE 宏应用于创建自定义流速函数，以及在 Steady State 仿真的基本设定。

引言




Fluent 提供的 DEFINE_PROFILE 宏，为用户在无需修改底层源代码的情况下，实现复杂边界条件定义提供了便捷途径。此宏可用于定义诸如壁面温度、流速、热传输机制等各种物理量随空间变化的函数，极大地丰富了 Fluent 使用场景的灵活性。

DEFINE_PROFILE 宏简介

DEFINE_PROFILE宏是一种用于在 Fluent 中定义特定边界条件的用户自定义函数，特别是在模型边界条件随位置变化时。比如，根据 y 坐标的函数值确定壁面温度或流速等物理量的变化规律。

模型与UDF代码应用


1. 情境设定

考虑一个流体系统，从 IN 边界以非恒定速度向 OUT 边界流动，流速沿 y 轴线性变化。这一特点是 DEFINE_PROFILE 宏至关重要。

2. UDF实现与代码解析


代码解析：


```cpp


include "udf.h" // 引入定义用户自定义函数所需的头文件


include "math.h" // 引入数学函数头文件


DEFINE_PROFILE(velocity, t, i)


{


// 变量声明


real x, y; // x 和 y 作为坐标变量


face_t f;


begin_f_loop(f, t) // 对边界面进行循环


{


F_CENTROID(x, f, t); // 获取当前面的质心坐标


x = f[0]; // 赋值给 x 坐标


y = f[1]; // 赋值给 y 坐标

F_PROFILE(f, t, i) = 2y + 1; // 根据 y 坐标定义速度函数

}


end_f_loop(f, t) // 结束循环


}


```


解释：


在这段代码中：

`DEFINE_PROFILE(velocity, t, i)` 初始化宏，`velocity` 是宏的名称，`t` 指示线程，允许模拟针对不同线程各自定制边界条件。`i` 用于标识对应的物理量索引。

`real x, y` 声明坐标变量。


`begin_f_loop(f, t)` 开始边界面循环。


`F_CENTROID(x, f, t)` 获取当前边界面的质心坐标。

`F_PROFILE(f, t, i)` 接着定义函数并进行赋值，`2y + 1` 给速度 (`velocity`) 函数提供了一个基本的 y 轴依赖性。

3. Fluent 操作示例


Step 1: 模型与基础设置


打开 Fluent 并导入网格 `readmesh`。


General 设置中勿选择任何湍流模型和重力的影响。


设置流体为 `air`。

如果是首次使用解释型 `.udf`，通过 `interpreted` 方法导入代码。确保在 `Browse` 中选择 `.c` 文件，并点击 `OK` 后执行 `interpret`。

Step 2: 调整边界条件


设置边界条件：

IN 边界为 `velocityinlet`，速度由自定义函数 `udf velocity` 定义。

OUT 边界为 `pressureoutlet`。


wall_t 和 wall_b 设置为 `wall`。


通过双击 IN 边界与自定义速度函数关联，沿 y 轴线性变化的速度得以实现。


4. 计算与结果

设置计算步骤至 1000 步，执行 `Calculate` 完成模拟。在 PostProcessing 阶段，通过 `cloud plot` 分析速度云图，并查看 profile 呈现速度变化及其与理论期望的符合性。

5. 可以观察到，引入 DEFINE_PROFILE 后，边界输运增强，针对复杂的边界条件（如数据示例中的非恒定 y 轴速度），Fluent 通过自定义函数提供了一种直观且强大的处理机制。