Fluent UDF 中文教程UDF第7章 编译与链接
2024年度FluentUDF教程详细全面适合初学者
2024/2/2
05
性能优化与调试技巧
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代码性能评估方法论述
执行时间分析
通过测量代码执行时间，识别性能瓶颈和优 化点。
资源占用评估
监控代码执行过程中的CPU、内存等资源占 用情况，优化资源使用效率。
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基准测试
设定基准测试用例，对比不同算法或代码实 现的性能差异。
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常见问题排查及解决方案
内存对齐
讲解内存对齐的概念、原理 和优化方法，以及如何在 UDF中合理地使用内存对齐 来提高程序的性能。
垃圾回收机制
介绍垃圾回收机制的基本原 理、实现方式和优缺点，以 及如何在UDF中利用垃圾回 收机制来管理内存资源。
注意事项
总结在UDF内存管理中需要 注意的问题和最佳实践，以 帮助初学者避免常见的错误 和陷阱。
6
初学者为何选择学习FluentUDF
9字
学习FluentUDF可以深入理 解Fluent软件的内部机制和 计算原理，有助于更好地掌 握该软件。
9字
通过学习FluentUDF，可以 培养编程思维和解决问题的 能力，为未来的科学研究和 工程实践打下基础。
2024/2/2
9字
FluentUDF是Fluent的高级 功能之一，掌握它可以提高 求职竞争力，拓宽职业发展 道路。
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未来发展趋势预测
01
智能化发展
02
多学科交叉融合
随着人工智能技术的不断发展，未来 FluentUDF有望与人工智能技术深度 融合，实现智能化流场模拟和分析， 进一步提高模拟精度和效率。
未来FluentUDF的发展将更加注重与 其他学科的交叉融合，例如与材料科 学、力学、化学等学科的交叉融合， 形成更加综合的流体动力学模拟和分 析方法。
FLUENT UDF 教程
FLUENT UDF 教程第一章. 介绍本章简要地介绍了用户自定义函数(UDF)及其在Fluent中的用法。
在1.1到1.6节中我们会介绍一下什么是UDF；如何使用UDF，以及为什么要使用UDF，在1.7中将一步步的演示一个UDF例子。
1.1 什么是UDF？1.2 为什么要使用UDF？1.3 UDF的局限1.4 Fluent5到Fluent6 UDF的变化1.5 UDF基础1.6 解释和编译UDF的比较1.7一个step-by-stepUDF例子1.1什么是UDF？用户自定义函数，或UDF，是用户自编的程序，它可以动态的连接到Fluent求解器上来提高求解器性能。
用户自定义函数用C语言编写。
使用DEFINE宏来定义。
UDF中可使用标准C 语言的库函数，也可使用Fluent Inc.提供的预定义宏，通过这些预定义宏，可以获得Flu ent求解器得到的数据。
UDF使用时可以被当作解释函数或编译函数。
解释函数在运行时读入并解释。
而编译UDF则在编译时被嵌入共享库中并与Fluent连接。
解释UDF用起来简单，但是有源代码和速度方面的限制不足。
编译UDF执行起来较快，也没有源代码限制，但设置和使用较为麻烦。
1.2为什么要使用UDF？一般说来，任何一种软件都不可能满足每一个人的要求，FLUENT也一样，其标准界面及功能并不能满足每个用户的需要。
UDF正是为解决这种问题而来，使用它我们可以编写FLUEN T代码来满足不同用户的特殊需要。
当然，FLUENT的UDF并不是什么问题都可以解决的，在下面的章节中我们就会具体介绍一下FLUENT UDF的具体功能。
现在先简要介绍一下UDF的一些功能：定制边界条件，定义材料属性，定义表面和体积反应率，定义FLUENT输运方程中的源项，用户自定义标量输运方程（UDS）中的源项扩散率函数等等。
λ在每次迭代的基础上调节计算值λ方案的初始化λ（需要时）UDF的异步执行λ后处理功能的改善λFLUENT模型的改进（例如离散项模型，多项混合物模型，离散发射辐射模型）λ由上可以看出FLUENT UDF并不涉及到各种算法的改善，这不能不说是一个遗憾。
Fluent中的UDF详细中文教程
第一章.介绍本章简要地介绍了用户自定义函数(UDF)及其在Fluent中的用法。
在1.1到1.6节中我们会介绍一下什么是UDF；如何使用UDF，以及为什么要使用UDF，在1.7中将一步步的演示一个UDF例子。
1.1 什么是UDF？1.2 为什么要使用UDF？1.3 UDF的局限1.4 Fluent5到Fluent6 UDF的变化1.5 UDF基础1.6 解释和编译UDF的比较1.7一个step-by-stepUDF例子1.1什么是UDF？用户自定义函数，或UDF，是用户自编的程序，它可以动态的连接到Fluent求解器上来提高求解器性能。
用户自定义函数用C语言编写。
使用DEFINE宏来定义。
UDF中可使用标准C语言的库函数，也可使用Fluent Inc.提供的预定义宏，通过这些预定义宏，可以获得Fluent求解器得到的数据。
UDF使用时可以被当作解释函数或编译函数。
解释函数在运行时读入并解释。
而编译UDF则在编译时被嵌入共享库中并与Fluent连接。
解释UDF用起来简单，但是有源代码和速度方面的限制不足。
编译UDF执行起来较快，也没有源代码限制，但设置和使用较为麻烦。
1.2为什么要使用UDF？一般说来，任何一种软件都不可能满足每一个人的要求，FLUENT也一样，其标准界面及功能并不能满足每个用户的需要。
UDF正是为解决这种问题而来，使用它我们可以编写FLUENT代码来满足不同用户的特殊需要。
当然，FLUENT的UDF并不是什么问题都可以解决的，在下面的章节中我们就会具体介绍一下FLUENT UDF的具体功能。
现在先简要介绍一下UDF的一些功能：z定制边界条件，定义材料属性，定义表面和体积反应率，定义FLUENT输运方程中的源项，用户自定义标量输运方程（UDS）中的源项扩散率函数等等。
z在每次迭代的基础上调节计算值z方案的初始化z（需要时）UDF的异步执行z后处理功能的改善z FLUENT模型的改进（例如离散项模型，多项混合物模型，离散发射辐射模型）由上可以看出FLUENT UDF并不涉及到各种算法的改善，这不能不说是一个遗憾。
FLUENT入门07UDF
简介
什么是UDF?
– UDF 是用户自己用C语言写的一个函数，可以和FLUENT动态链接
• 标准C 函数
▪ 三角函数，指数，控制块，Do循环，文件读入/输出等
• 预定义宏
▪ 允许获得流场变量，材料属性，单元几何信息及其他
为什么使用 UDFs?
– 标准的界面不能编程模拟所有需求:
• 定制边界条件，源项，反应速率，材料属性等 • 定制物理模型 • 用户提供的模型方程 • 调整函数 • 执行和需求函数 • 初始化
Header file “udf.h” must be included at the top of the program by the #include command
#include "udf.h" DEFINE_PROFILE(x_velocity,thread,nv) { float x[3]; /* an array for the coordinates */ float y; face_t f; /* f is a face thread index */
可以在运行窗口中改变速度分布的更新间隔（默认为1）
– 这个设置控制了流场多久（迭代或时间步）更新一次
Fluent中的UDF详细中文教程(7)
第七章 UDF的编译与链接编写好UDF件（详见第三章）后，接下来则准备编译（或链接）它。
在7.2或7.3节中指导将用户编写好的UDF如何解释、编译成为共享目标库的UDF。
_ 第 7.1 节: 介绍_ 第 7.2 节: 解释 UDF_ 第 7.3 节: 编译 UDF7.1 介绍解释的UDF和编译的UDF其源码产生途径及编译过程产生的结果代码是不同的。
编译后的UDF由C语言系统的编译器编译成本地目标码。
这一过程须在FLUENT运行前完成。
在FLUENT运行时会执行存放于共享库里的目标码，这一过程称为“动态装载”。
另一方面，解释的UDF被编译成与体系结构无关的中间代码或伪码。
这一代码调用时是在内部模拟器或解释器上运行。
与体系结构无关的代码牺牲了程序性能，但其UDF可易于共享在不同的结构体系之间，即操作系统和FLUENT版本中。
如果执行速度是所关心的，UDF文件可以不用修改直接在编译模式里运行。
为了区别这种不同，在FLUENT中解释UDF和编译UDF的控制面板其形式是不同的。
解释UDF的控制面板里有个“Compile按钮”，当点击“Compile按钮”时会实时编译源码。
编译UDF的控制面板里有个“Open 按钮”，当点击“Open按钮” 时会“打开”或连接目标代码库运行FLUENT（此时在运行FLUENT之前需要编译好目标码）。
当FLUENT程序运行中链接一个已编译好的UDF库时，和该共享库相关的东西都被存放到case文件中。
因此，只要读取case文件，这个库会自动地链接到FLUENT处理过程。
同样地，一个已经经过解释的UDF文件在运行时刻被编译，用户自定义的C函数的名称与内容将会被存放到用户的case文件中。
只要读取这个case文件，这些函数会被自动编译。
注：已编译的UDF所用到的目标代码库必须适用于当前所使用的计算机体系结构、操作系统以及FLUENT软件的可执行版本。
一旦用户的FLUENT升级、操作系统改变了或者运行在不同的类型的计算机，必须重新编译这些库。
fluent之UDF文件的操作
fluent之UDF⽂件的操作
下⽂转⾃沙场醉客之博客：
可⽤txt⽂件进⾏UDF编程，之后将⽂件改为.c⽂件。
（也可⽤VC编程，保存为.c⽂件）
将程序导⼊到Fluent中利⽤编译功能，具体操作
在 fluent中的Define -> Use-Defined -> Compiled 打开之后，选择source files下⾯的Add...，找到编写好的.c⽂件打开，点击Build，就会⽣成⼀个以liberary name命名的⽂件夹，编译好的资料就放在这个⽂件夹⾥⾯，最后点击load就会将编译好的内容导⼊到Fluent中，这样你在有UDF选项的下拉菜单中就会看到你编好的程序名称。
利⽤UDF编程和C语⾔编程很相似，所以最好知道⼀些C语⾔编程的基础，再掌握⼀些Fluent的UDF固有的⼀些命令，基本上⼀些简单的程序就都没问题了。
FLUENT教材 7.自定义函数UDF
Name
Arguments
Arguments Type
Return Type
DEFINE_ADJUST
domain
Domain *domain
void
该函数在每一步迭代开始前，即在求解输运方程前执行。可以用来修改调节流场变量，计算积分或微分等。参数
domain 在执行时，传递给处理器，通知处理器该函数作用于整个流场的网格区域。 如何激活该函数请参见 4.6，具体求解例子见 5.3， 5.6 和 5.7 。
UDF 使用宏 DEFINE_ 定义，括号列表中第一个参数代表函数名。例如 DEFINE_PROFILE(inlet_x_velocity ， thread， position) 定义了一个名为 inlet_x_velocity 的函数。
! 所有函数名必须小写 紧接着函数名的是函数的输入参数，如上函数
我们可以用 UDFs 来定义：
a) 边界条件
b) 源项 c) 物性定义（除了比热外）
d) 表面和体积反应速率
e) 用户自定义标量输运方程 f) 离散相模型（例如体积力，拉力，源项等）
g) 代数滑流（ algebraic slip ）混合物模型（滑流速度和微粒尺寸） h) 变量初始化
i) 壁面热流量 j) 使用用户自定义标量后处理 边界条件 UDFs 能够产生依赖于时间，位移和流场变量相关的边界条件。例如，我们可以定义依赖于流动时间的
1. DEFINE_DRIFT_DIAMETER
2. DEFINE_SLIP_VELOCITY
7.2.4.2 数据类型的定义 作为对 C 语言数据类型的补充，
和 Domain 。
FLUENT 定义了几种特殊的数据类型，
最常用的是： Thread，cell_t ，face_t，Node
ansysfluent官方培训教程07udf
ansysfluent官方培训教程07udf一、教学内容本节课我们将学习Ansys Fluent官方培训教程的第七部分，主要内容包括UDF（UserDefined Functions）的入门和使用。
通过本节课的学习，学生将掌握如何使用UDF自定义边界条件、修改流场变量以及实现更复杂的功能。
二、教学目标1. 了解UDF的概念和作用；2. 学会使用UDF自定义边界条件；3. 掌握通过UDF修改流场变量的方法；4. 能够运用UDF实现简单的人工天气变化。
三、教学难点与重点重点：UDF的概念和作用、UDF的基本语法和使用方法。
难点：通过UDF修改流场变量、实现复杂功能。
四、教具与学具准备1. 电脑；2. Ansys Fluent软件；3. UDF示例文件；4. 教学PPT。
五、教学过程1. 实践情景引入：讲解通过UDF实现边界条件修改的实例，让学生了解UDF的作用和基本使用方法。
2. 知识讲解：详细讲解UDF的概念、基本语法和使用方法，让学生理解如何通过UDF实现自定义功能。
3. 例题讲解：分析并讲解UDF示例文件，让学生学会如何编写和应用UDF。
4. 随堂练习：让学生自行尝试修改示例UDF文件，观察修改后的流场变化，巩固所学知识。
5. 课堂讨论：引导学生探讨如何利用UDF实现更复杂的功能，如人工天气变化。
六、板书设计板书设计如下：1. UDF概念和作用2. UDF基本语法3. UDF使用方法4. UDF实现边界条件修改5. UDF实现流场变量修改6. UDF实现复杂功能示例七、作业设计1. 请用UDF实现一个自定义边界条件，并观察流场变化。
答案：自定义一个速度边界条件，使得入口速度为某一固定值。
2. 请用UDF修改流场中的某一变量，并观察变化。
答案：通过UDF修改流场中的密度值，使得某一区域密度增加。
3. 请尝试利用UDF实现一个简单的人工天气变化模型。
答案：通过UDF修改温度场，实现温度随时间的变化，模拟气温变化。
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第七章UDF的编译与链接编写好UDF件（详见第三章）后，接下来则准备编译（或链接）它。
在7.2或7.3节中指导将用户编写好的UDF如何解释、编译成为共享目标库的UDF。
_ 第 7.1 节: 介绍_ 第 7.2 节: 解释 UDF_ 第 7.3 节: 编译 UDF7.1 介绍解释的UDF和编译的UDF其源码产生途径及编译过程产生的结果代码是不同的。
编译后的UDF由C语言系统的编译器编译成本地目标码。
这一过程须在FLUENT运行前完成。
在FLUENT运行时会执行存放于共享库里的目标码，这一过程称为“动态装载”。
另一方面，解释的UDF被编译成与体系结构无关的中间代码或伪码。
这一代码调用时是在内部模拟器或解释器上运行。
与体系结构无关的代码牺牲了程序性能，但其UDF可易于共享在不同的结构体系之间，即操作系统和FLUENT版本中。
如果执行速度是所关心的，UDF文件可以不用修改直接在编译模式里运行。
为了区别这种不同，在FLUENT中解释UDF和编译UDF的控制面板其形式是不同的。
解释UDF的控制面板里有个“Compile按钮”，当点击“Compile按钮”时会实时编译源码。
编译UDF的控制面板里有个“Open 按钮”，当点击“Open按钮”时会“打开”或连接目标代码库运行FLUENT（此时在运行FLUENT之前需要编译好目标码）。
当FLUENT程序运行中链接一个已编译好的UDF库时，和该共享库相关的东西都被存放到case文件中。
因此，只要读取case文件，这个库会自动地链接到FLUENT处理过程。
同样地，一个已经经过解释的UDF文件在运行时刻被编译，用户自定义的C函数的名称与内容将会被存放到用户的case文件中。
只要读取这个case文件，这些函数会被自动编译。
注：已编译的UDF所用到的目标代码库必须适用于当前所使用的计算机体系结构、操作系统以及FLUENT软件的可执行版本。
一旦用户的FLUENT升级、操作系统改变了或者运行在不同的类型的计算机，必须重新编译这些库。
UDF必须用DEFINE宏进行定义，DEFINE宏的定义是在udf.h文件中。
因此，在用户编译UDF之前，udf.h文件必须被放到一个可被找到的路径，或者放到当前的工作目录中。
udf.h文件放置在：path/Fluent.Inc/fluent6.+x/src/udf.h其中path是Fluent软件的安装目录，即Fluent.Inc目录。
X代表了你所安装的版本号。
通常情况下，用户不应该从安装默认目录中复制udf.h文件。
编译器先在当前目录中寻找该文件，如果没找到，编译器会自动到/src目录下寻找。
如果你升级了软件的版本，但是没有从你的工作目录中删除旧版本的udf.h文件，你则不能访问到该文件的最新版本。
在任何情况下都不应该改变udf.h文件。
7.2 UDF解释这一节介绍编译经过解释的UDF的步骤。
一旦经过解释的UDF被编译，用户自定义的C函数的名称与内容将会被存放到case文件中。
只要读取这个case文件，这些函数便会自动被编译。
编译被解释的UDF的一般程序如下：1. 如果用户没有在网络Windows计算机上使用并行的FLUENT版本，则需要确定UDF的C源码和case文件与当前工作目录一致。
具体步骤见7.2.2节。
! 如果源码不在当前工作目录，则用户编译UDF时，用户必须在解释UDF的控制面板里输入文件的完全路径，而不是只输入文件名。
2. 在当前工作目录下运行FLUENT。
3. 读取（或建立）case文件。
4. 打开“Interpreted UDFs panel”，编译UDF（如vprofile.c）。
图7.2.1 解释的UDF的控制面板(a) 在“Source File Name”下输入C源码的文件名（如vprofile.c）。
! 如果自定义的C源码不在工作目录中，用户必须输入完全的自定义的C函数路径。
当写入case文件时，自定义源码的名称（或源码的完全路径）会存放到case文件中。
(b) 在“CPP Command Name”指定为C的预处理程序。
当然也有其它有效的ANSI C预处理程序，包括gcc -E和cc –E。
详细检查所用的计算机系统管理。
(c) 如果自定义函数局部变量数不引起栈的溢出，则保持“StackSize”的默认值为1000。
此时，所设“Stack Size”的数要远远大于局部变量用的数。
(d) 选择“Display Assembly Listing”，则当函数编译汇编码的清单会出现在窗口的控制台内。
这一选项会保存于case文件，当用户接着运行FLUENT时汇编码会自动显示。
(e) 如果用户使用“Fluent Inc”提供的C预处理程序，选择“Use Contributed CPP”。
(f) 点击“Compile”编译UDF。
自定义C程序的名称和内容会存入于所写的case文件。
只要编译UDF，汇编码会出现在控制窗口，所示范例如下。
(g) 编译结束点击“Close”。
!如果在一次模拟中使用多于一个的UDF，用户需要将这些函数连接在一个C文件中，例如all.c。
然后用“Interpreted UDFs”面板编译连接的文件。
这些函数可以作为边界条件、源项及特性等。
7.2.2 基于Windows并行网络的目录结构在基于Windows网络上使用并行FLUENT版本需要专门的方法组织用户文件。
具体步骤如下：1.在“Fluent.Inc”目录下创建一个名为“udf”的可写子目录。
2.在udf目录下创建子目录（如Fluent.Inc\udf\myudf），将UDF的C源码存放于这个目录下。
如果在同一串下多个用户运行工作，每个用户在udf目录下创建自己的子目录（如Fluent.Inc\udf\abcudf和xyzudf）。
! 因为源码不在当前工作目录下，所以在编译UDF时必须在“Interpreted UDFs”面板中输入文件的完全路径。
例如，编译example.c文件时，输入如下：\\<fileserver>\Fluent.Inc\udf\myudf\example.c<fileserver>应输入用户所安装FLUENT的计算机名（如myserver）。
3. 确定所建立的case文件在当前工作目录下。
7.2.3 调试解释的UDF编译UDF时出错信息会出现在控制窗口中。
用户有可能因错误滚动太快不能看到所用的出错信息。
因此调试UDF时用户想关掉“Display Assembly Listing”。
如果在调试UDF的过程中一直打开“Interpreted UDFs”面板，由于在独立窗口进行编辑，编译按钮则会不断重复编译。
然后，直到无出错信息调试和编译才会结束。
下面介绍一个出错例子，即在“Interpreted UDFs”控制面板中，编译被解释过的UDF时指定了错误的源文件。
上面曾介绍过如果仅仅从当前工作目录下启动FLUENT，在“Interpreted UDFs”控制面板中键入用户的C源码的文件名，则case文件和C源码被指定于当前工作目录下。
如果用户编译的C源码与工作目录是不同的路径，用户必须输入C 源码所在的完整路径。
否则会出现以下的错误信息：gcc: vprofile.c: No such file or directorygcc: No input filesError: vprofile.c: line 1: syntax error.如果编译UDF写完case文件后，接着移动C源码到不同位置，会在接着运行FLUENT的过程中产生同样的错误信息。
为了避免错误，只需要在“Interpreted UDFs”控制面板中的“Source File Name”下输入完全的路径名，然后点击“Compile”。
此时写case 文件会保存C源码的新路径。
7.3 编译UDF这一节介绍如何链接编译好的UDF。
这一过程需要使用C编译器。
大部分UNIX的操作系统提供了C编译器。
如果在PC机上运行，需要安装VC++编译器（如微软C++、v6.0或更高的版本）。
一旦编译好的UDF库文件在FLUENT运行时链接到FLUENT处理过程，和共享库相关的东西会保存到case文件。
因此，只要读取case文件，编译的库文件会自动链接到FLUENT处理过程。
在控制窗口将会出现链接状态的报告如下：Opening library "libp1/ultra/2d/libudf.so"...p1_adjustenergy_sourcep1_sourcep1_diffusivityp1_bcDone.7.3.1 一般程序编译和链接一个编译好的UDF的一般程序如下所示：1. 在当前工作目录下，建立专门的目录结构（见7.3.2节）。
2. 编译用户的UDF和修建共享库（见7.3.3节）。
3. 在当前工作目录下运行FLUENT。
4. 读取（或建立）case文件（确信case文件在当前工作目录下）。
5. 链接共享库到FLUENT（见7.3.4节）。
7.3.2 建立目录结构对于UNIX系统和Windows系统来说，目录结构是不同的。
下面分别介绍在两种系统下如何建立目录结构。
UNIX系统对于UNIX系统下编译的UDF来说，makefile.udf和makefile.udf2两个文件在编译UDF库被需要。
makefile文件包含了用户自定义部分，在这部分允许输入用户源函数和FLUENT的安装路径。
这些文件的完整路径如下：path/Fluent.Inc/fluent6.+x/src/makefile.udfpath/Fluent.Inc/fluent6.+x/src/makefile.udf2其中path是用户直接安装Fluent.Inc的路径，x是用户安装Fluent版本的相应数（如，fluent6.0为0）。
! FLUENT安装后所释放的makefile.udf2文件名为Makefile.udf。
下面介绍建立共享库所要求的目录结构。
通过下面的例子来介绍目录结构的建立，如图7.3.1所示。
图7.3.1 为编译好的UDF建立库目录的样本（UNIX）需要注意的是在图7.3.1所示的目录结构为FLUENT的两种版本：二维单精度串型和二维单精度平行。
!不要在目录（2d，2d host，等等）下存放任何文件。
当编译用户库（见7.3.3节）时，图7.3.1中所示的文件会自动存放。
1. 在当然工作目录下，创建一个储存用户库的目录（如libudf）。
2. 从以上所示目录下复制makefile.udf2到用户目录（如libudf），且改名为Makefile。
3. 在用户创建的库目录下，建立一个储存用户源码、命名为src的源码目录。