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FLUENTUDF官方培训教程

FLUENTUDF官方培训教程一、引言FLUENTUDF（UserDefinedFunctions）是一种强大的功能，允许用户在FLUENT软件中自定义自己的函数，以满足特定的模拟需求。

为了帮助用户更好地了解和使用UDF功能，FLUENT官方提供了一系列培训教程，本教程将对其中的重点内容进行详细介绍。

二、UDF基础知识1.UDF概述UDF是FLUENT软件中的一种编程接口，允许用户自定义自己的函数，包括自定义物理模型、边界条件、求解器控制等。

UDF功能使得FLUENT软件具有很高的灵活性和扩展性，能够满足各种复杂流动问题的模拟需求。

2.UDF编程语言UDF使用C语言进行编程，因此，用户需要具备一定的C语言基础。

UDF编程遵循C语言的语法规则，但为了与FLUENT软件的求解器进行交互，UDF还提供了一些特定的宏和函数。

3.UDF编译与加载编写完UDF代码后，需要将其编译成动态库（DLL）文件，然后加载到FLUENT软件中。

编译和加载UDF的过程如下：（1）编写UDF代码，保存为.c文件；（2）使用FLUENT软件提供的编译器（如gfortran）将.c文件编译成.dll文件；（3）在FLUENT软件中加载编译好的.dll文件。

三、UDF编程实例1.自定义物理模型cinclude"udf.h"DEFINE_TURBULENCE_MODEL(my_k_epsilon_model,d,q){realrho=C_R(d,Q_REYNOLDS_AVERAGE);realmu=C_MU(d,Q_REYNOLDS_AVERAGE);realk=C_K(d,Q_KINETIC_ENERGY);realepsilon=C_EPSILON(d,Q_DISSIPATION_RATE);//自定义湍流模型计算过程}2.自定义边界条件cinclude"udf.h"DEFINE_PROFILE(uniform_velocity_profile,thread,position ){face_tf;realx[ND_ND];begin_f_loop(f,thread){F_CENTROID(x,f,thread);realvelocity_magnitude=10.0;//自定义速度大小realvelocity[ND_ND];velocity[0]=velocity_magnitude;velocity[1]=0.0;velocity[2]=0.0;F_PROFILE(f,thread,position)=velocity_magnitude;}end_f_loop(f,thread)}3.自定义求解器控制cinclude"udf.h"DEFINE_CG_SUBITERATION_BEGIN(my_cg_subiteration_begin,d ,q){realdt=0.01;//自定义时间步长DT(d)=dt;}四、总结本教程对FLUENTUDF官方培训教程进行了简要介绍，包括UDF 基础知识、编程实例等内容。

2024版年度ANSYSFLUENT培训教材UDF

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THANKS
感谢观看
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后处理功能增强
UDF可以用于后处理过程中，提取流场数据并进行自定义处理。
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编程环境与语言基础
编程环境
UDF的编写通常在ANSYS FLUENT提供的集成开发环境中进行，该环境支持C语言编程。
语言基础
UDF的编写需要具备一定的C语言基础，包括变量定义、控制结构、函数调用等方面的知识。
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对比分析不同场景下性能表现
对比不同UDF之间的性能差异
通过对比不同UDF在同一场景下的性能表现，可以分析出各自的优势和不足，为后续的优化和改进提供方向。
分析不同场景对UDF性能的影响
通过改变场景参数，如网格数量、时间步长等，可以分析出这些参数变化对UDF性能的影响规律和趋势。
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多相流模拟
化学反应模拟
在多相流模拟中，UDF可以用于定义相间作用力、相变过程等复杂现象。
对于涉及化学反应的流动问题，UDF可以用于定义化学反应速率、物质输运等过程。
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UDF编程入门与实践
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准备工作与设置
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安装ANSYS Fluent软件，并确认软件版本与 UDF兼容性。
燃烧模拟
通过UDF定义燃烧反应中的化学动力学模型，模拟燃烧过程中的温度场、浓度场和流场分布，分析燃烧效率和污染物排放等。
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拓展应用：多相流、化学反应等
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多相流模拟通过UDF可以方便地定义多相流模型中的相间作用力、相变等物理现象，模拟多相流体的混合、分离和传输过程。
化学反应模拟 UDF可以定义化学反应中的反应速率、反应热等参数，模拟化学反应过程中的物质转化和能量传递现象。此外，还可以模拟催化剂对化学反应的影响等。

CFD培训-1

講座内容1. 流體力学的基礎2. 流體解析的意義和概要3.熱流體守恒方程式的解法4.實施解析時必須的基礎知識1.流體力学的基礎什麼是流體?z固體的體積和形狀不易改變、液體的體積不易改變但形狀易改變、氣體的體積和形狀都易改變z流體（氣體, 液體）的流動是一種伴随着変形的運動z流體vs. 固體–流體受剪切應力的作用,會發生持續變形處於静止状態的流體則沒有剪切應力的發生–固體的変形則和剪切應力成正比（在彈性範圍內）(Hooke法則)τθ∝τθ∝&應力和應變成正比應力和應變速度正比流體的動量和粘性•流體的粘性:流體分子的動量轉移的結果•微觀地看、各個流體分子的運動是不規則的、無方向性的。

速度在一定範圍內分布的•宏觀地觀察靜止流體、雖然分子都在激烈運動、但整體上仍然處於靜止狀態•速度分布（如下図、2平板的上平板以一定速度的移動）、在ｙ方向上側的流体分子、在ｘ方向上的平均速度比下平板的分子速度大•ｙ断面上下両側有無数的不規則運動的分子通過該斷面-上→下：上面的分子支出動量、下面的分子的速度增加-下→上：下面的分子收穫動量、上面的分子的速度減小•最終的結果是由於動量交換、生成剪切應力流體力學的歷史1.Archimedes(B.C. 287-212)浮力定律2.Pascal (1623-1662)液壓原理3.Newton (1642-1727) 流体粘性的牛頓法則4.Bernoulli (1700-1783) 命名了流体力学(hydrodynamics)、和Bernoulli方程5.Euler (1707-1783) 導入流体壓力概念、和理想流体的運動方程式。

流体力学的始祖6.Navier(1785-1836), Stokes (1819-1903) 把牛頓粘性法則導入運動方程式、奠定了粘性流体力学的基礎7.Reynolds (1842-1912) 發現了層流/湍流的遷移、定義了Re数8.Prandtl(1875-1953) 邊界層理論(1904)、混合長理論(1925)9.Taylor的湍流統計理論(1935)10.Kolmogorov(1941) 3維湍流動能的能譜(Spectrum)、Kolmogorov scale.作為連續介質的流體•作為連續介質的流體,假設流場的尺寸遠大於流體分子的平均自由行程•在連續介質流體内各点的変量, 是各個微小體積内的平均値。

ANSYS_Workbench安世亚太中文培训资料

动力学分析简介M1-1M1-2动力学第一节: 定义和目的什么是动力学分析?•动力学分析是用来确定惯性（质量效应）和阻尼起重要作用时的结构或构件动力学特性的技术。

•“动力学特性”可能指的是下面的一种或几种类型:–振动特性-（结构振动方式和振动频率）–随时间变化载荷的效应（例如：对结构位移和应力的效应）–周期（振动）或随机载荷的效应M1-3总之，动力学分析有下列类型：Courtesy: NASA动力学动力学分析类型（接上页）•模态分析---确定结构的振动特性•瞬态动力学分析---计算结构对随时间变化载荷的响应•谐响应分析---确定结构对稳态简谐载荷的响应•谱分析---确定结构对地震载荷的响应•随机振动分析---确定结构对随机震动的影响M1-4动力学第三节: 基本概念和术语•通用运动方程•求解方法•建模要考虑的因素•质量矩阵•阻尼M1-5动力学-基本概念和术语运动方程•通用运动方程如下：[]{}[]{}[]{}(){}t F u K u C uM =++ •不同分析类型对应求解不同形式的方程–模态分析：设定F （t ）为零，而矩阵[C] 通常被忽略；–谐响应分析：假设F （t ）和u （t ）都为谐函数，例如Xsin （ωt ），其中，X 是振幅，ω是单位为弧度/秒的频率；–瞬间动态分析：方程保持上述的形式。

其中:[M]= 结构质量矩阵[C]= 结构阻尼矩阵[K]= 结构刚度矩阵{F}= 随时间变化的载荷函数{u}= 节点位移矢量{ů}= 节点速度矢量{ü}= 节点加速度矢量M1-6动力学-基本概念和术语求解方法如何求解通用运动方程?•两种主要方法：–模态叠加法–直接积分法M1-7动力学-基本概念和术语求解方法（接上页）直接积分法•直接求解运动方程•在谐响应分析中，因为载荷和响应都假定为谐函数，所以运动方程是以干扰力频率的函数而不是时间的函数的形式写出并求解的•对于瞬态动力学，运动方程保持为时间的函数，并且可以通过显式或隐式的方法求解模态叠加法•确定结构的固有频率和模态，乘以正则化坐标，然后加起来用以计算位移解•可以用来处理瞬态动力学分析和谐响应分析•详见后面相关章节M1-8动力学-基本概念和术语求解方法（接上页）显式求解方法•也称为闭式求解法或预测求解法•不需要计算矩阵的逆•可轻松处理非线性问题（无收敛问题）•积分时间步Δt 必须很小，但求解速度很快（没有收敛问题）•对于短时间的瞬态分析有效，如用于波的传播，冲击载荷和高度非线性问题•当前时间点的位移{u}t 由包含时间点t-1的方程推导出来•有条件稳定: 如果Δt 超过结构最小周期的确定百分数,计算位移和速度将无限增加•ANSYS-LS/DYNA 就是使用这种方法，此处不作介绍隐式求解法•也称为开式求解法或修正求解法•要求矩阵的逆•非线性要求平衡迭代（存在收敛问题）•积分时间步Δt 可以较大，但因为有收敛问题而受到限制•除了Δt 必须很小的问题以外，对大多数问题都是有效的•当前时间点的位移{u}t 由包含时间点t 的方程推导出来•无条件稳定: Δt 的大小仅仅受精度条件控制, 无稳定性。

Ansys Fluent 13.0 or 14.0 Tutorials教程

Ansys FLUENT Tutorials└─ANSYS FLUENT├─ANSYS-FLUENT-Intro_13.0_1st-ed_pdf││fluent_13.0_Agenda.pdf││fluent_13.0_TOC.pdf│││├─lectures││fluent_13.0_lecture01-welcome.pdf││fluent_13.0_lecture02-intro-to-cfd.pdf││fluent_13.0_lecture03-solver-basics.pdf││fluent_13.0_lecture04-boundary-conditions.pdf ││fluent_13.0_lecture05-solver-settings.pdf││fluent_13.0_lecture06-turbulence.pdf││fluent_13.0_lecture07-heat-transfer.pdf││fluent_13.0_lecture08-udf.pdf││fluent_13.0_lecture09-physics.pdf││fluent_13.0_lecture10-transient.pdf││fluent_13.0_lecture11-post.pdf│││├─workshop-input-files││├─workshop1-mixing-tee│││ fluidtee.meshdat│││││├─workshop2-airfoil-new│││ NACA0012.msh│││ mach_0.5_comparison.cas.gz│││ mach_0.5_comparison.dat.gz│││ mach_0.7_converged.cas.gz│││ mach_0.7_converged.dat.gz│││ test-data-bottom.xy│││ test-data-top.xy│││││├─workshop3-multi-species│││ calc_activities.jou│││ garage.msh│││ workshop3-converged.cas.gz│││ workshop3-converged.dat.gz│││││├─workshop4-electronics│││ heatsink.msh.gz│││ ws4_no-radiation.cas.gz│││ ws4_no-radiation.dat.gz│││ ws4_s2s-radiation.cas.gz│││ ws4_s2s-radiation.dat.gz│││ ws4_viewfactor.s2s.gz│││││├─workshop5-moving-parts│││ ws5-mesh-animation.avi│││ ws5-simple-wind-turbine.msh│││ ws5_udf_for_motion.c│││││├─workshop6-dpm│││ dpm_tutorial.msh│││││└─workshop7-tank-flush││tankflush.msh.gz││ws7-tankflush-animation.avi││ws7-tankflush-animation.mpeg│││└─workshops│fluent_13.0_WS_TOC.pdf│fluent_13.0_workshop01-mixingtee.pdf│fluent_13.0_workshop02-airfoil.pdf│fluent_13.0_workshop03-Multiple-Species.pdf│fluent_13.0_workshop04-electronics.pdf│fluent_13.0_workshop05-moving-parts.pdf│fluent_13.0_workshop06-dpm.pdf│fluent_13.0_workshop07-tank-flush.pdf│├─Quick Tutorials││ FLUENT_Overview_1_Introduction_to_FLUENT12_in_ANSYS_Workbench_DOC.pd f││ FLUENT_Overview_1_Introduction_to_FLUENT12_in_ANSYS_Workbench_WA TCH ME.swf││ FLUENT_Overview_2_Creating_and_Comparing_Related_FLUENT12_Analyses_in_ ANSYS_Workbench_DOC.pdf││ 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udfconfig.h│││││└─solution_files││inkjet-1-00100.dat.gz││inkjet-1-00200.dat.gz││inkjet-1-00300.dat.gz││inkjet-1-00400.dat.gz││inkjet-1-00500.dat.gz││inkjet-1-00600.dat.gz││inkjet-1-00700.dat.gz││inkjet-1-00800.dat.gz││inkjet-1-00900.dat.gz││inkjet-1-01000.dat.gz││inkjet-1-01100.dat.gz││inkjet-1-01200.dat.gz││inkjet-1-01300.dat.gz││inkjet-1-01400.dat.gz││inkjet-1-01500.dat.gz││inkjet-1.cas.gz││inkjet-final.cas.gz││inkjet-final.dat.gz││inkjet.cas.gz││inkjet.dat.gz│││├─tut-09-sparger│││ sparger.msh.gz│││││└─solution_files。

Fluent教程学习教程

指定流体区域
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关闭DesignModeler
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划分网格
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启动Ansys Fluent
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设置流体性质
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创建管道
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AnsysIcepak高级培训教材课件

18
22
28
High Perform ance
100
120
140
Harsh
3
3
3
Environm ent
Source: Sandia National Laboratories
Commodity: Low cost (<$300) consumer products Hand-Held: Battery powered (<$1000) products such as cellular, etc. Cost/Performance: Maximum performance with cost limit (<$300) (Notebooks, etc.) High Performance: Performance is the primary driver (Servers, Avionics, etc.) Harsh Environment: Automotive, Military, etc.
失效的比例可描述为：
F = Ae-E/KT
where, F = failure rate, 失效率 A=constant 常数 E = activation energy in electron volts (eV) 激活的电能 K = Boltzmann’s constant (8.63e-5eV/K), and T = junction temperature in K
工作环境的温度直接影响到半导体设备的可靠性
5
The Case for Thermal Management
• Virtually all electronic failure mechanisms are

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• 力、动量 • 平均换热系数 • 面积分、体积分量 • 通量平衡
修订模型
9. Update Model
这些物理模型是否合适？ – 流动是湍流的吗？ – 流动是非稳态的吗？ – 是否有压缩性效应？ – 是否有三维效应？
这些边界条件是否合适？ – 计算域是否足够大？ – 边界条件是否合适？ – 边界值是否是合理的？
Examine results to ensure property conservation and correct physical behavior. High residuals may be caused by just a few poor quality cells.
– 数值报告工具能给出以下量化结果：
– 选择你想指定名字的面 – 右键选择
Create Named Selection. – 键入名字然后点击 OK.
velocit y inlet
有时你需要指定流体域和固体域
– 固体用来计算共轭传热
设置并运行 FLUENT
编辑 Setup cell 来设置物理问题
• 监测残差趋势能帮助理解这个差异
– 达到全局守恒
• 全局量的平衡
– 感兴趣的量（如阻力、压降）达到稳定值
• 监测感兴趣量的变化.
收敛解的精度和以下因素有关：
– 合适的物理模型，模型的精度
A converged and meshindependent solution on a well-
– 网格密度，网格无关性 – 数值误差
动网格
– Moving zones
• Single and multiple reference frames (MRF)
• Mixing plane model
• Sliding mesh model
– Moving and deforming (dynamic) mesh (MDM)
用户定义标量输运方程
Temperature Contours for Kiln Burner Retrofit
FLUENT 中的物理模型
多相流模型 – 离散相模型 (DPM) – VOF
– Mixtures
– Eulerian-Eulerian and Euleriangranular
– Liquid/Solቤተ መጻሕፍቲ ባይዱd and cavitation phase change
– 你能把边界延伸到有合适数据的位置吗？
能简化为二维或者轴对称问题吗？
Domain of interest isolated and meshed for CFD simulation.
3. 创建几何模型
你如何得到流体域的几何模型？ – 使用现有的CAD模型 • 从固体域中抽取出流体域？ – 直接创建流体几何模型
Pyramid
Quadrilateral Hexahedron Prism/Wedge
计算域的各个部分都需要哪种程度的网格密度？
– 网格必须能捕捉感兴趣的几何特征，以及关心变量的梯度，如速度梯度、压力梯度、温度梯度等。
– 你能估计出大梯度的位置吗？ – 你需要使用自适应网格来捕捉大梯度吗？哪种类型的网格是最合适的？ – 几何的复杂度如何？ – 你能使用四边形/六面体网格，或者三角
你也可以把 FLUENT 和已经存在的 DesignModeler 进程连接起来
生成网格
右键点击 Mesh cell 然后选择 Edit.
– Meshing 工具打开，并读入几何
选择Mesh
– 注意因为网格是从FLUENT中打开的，所以默认优先选择的是 FLUENT
定义边界和域
使用 Named selections定义边界名字
设置物理问题和求解器
For complex problems solving a simplified or 2D problem will provide valuable experience with the models and solver settings for your problem in a short amount of time.
* FLUENT control volumes are cell-centered (i.e. they correspond directly with the mesh) while CFX control volumes are node-centered
Equation Variable Continuity 1 X momentum u Y momentum v Z momentum w
四边形/六面体还是三角形/四面体网格
对复杂几何，四边形/六面体网格没有数值优势，你可以使用三角形/四面体网格或混合网格来节省划分网格的工作量 – 生成网格快速 – 流动一般不沿着网格方向
混合网格一般使用三角形/四面体网格，并在特定的域里使用其他类型的单元 – 例如，用棱柱型网格捕捉边界层 – 比单独使用三角形/四面体网格更有效
Fluid region of pipe flow is discretized into a finite set
of control volumes.
Unsteady
Convection
Diffusion
Generation
– 偏微分方程组离散化为代数方程组
– 用数值方法求解代数方程组以获取流场解
1. 定义模拟目的
你希望得到什么样的结果（例如，压降，流量），你如何使用这些结果？ –你的模拟有哪些选择？ • 你的分析应该包括哪些物理模型（例如，湍流，压缩性，辐射）？ • 你需要做哪些假设和简化？ • 你能做哪些假设和简化（如对称、周期性）？ • 你需要自己定义模型吗？ ▪ FLUENT使用UDF，CFX使用 User FORTRAN
ThreePhase Inlet
Contours of Oil Volume Fraction in a Three-Phase Separator
Gas outlet
Water outlet
Oil outlet
Pressure Contours in a Squirrel Cage Blower (Courtesy Ford Motor Co.)
你能简化几何吗？ – 去除可能引起复杂网格的不必要特征（倒角、焊点等） – 使用对称或周期性？ • 流场和边界条件是否都是对称或周期性的？
你需要切分模型以获得边界条件或者创建域吗？
Solid model of a Headlight Assembly
4. 设计和划分网格
Triangle Tetrahedron
网格是否是足够的？ – 加密网格能否提高精度？ – 网格是否有无关性？ – 是否需要提高网格捕捉几何的细节
FLUENT 中的物理模型
流动和传热 – 动量、质量、能量方程 – 辐射
湍流 – 雷诺平均模型 (Spalart-Allmaras, k–ε, k– ω, 雷诺应力模型) – 大涡模拟 (LES) 和分离涡模拟 (DES)
Energy h
CFD 模拟概览
9. Update Model
问题定义 1.确定模拟的目的 2.确定计算域
前处理和求解过程 3.创建代表计算域的几何实体 4.设计并划分网格 5.设置物理问题（物理模型、材料属性、域属性、边界条件 …） 6.定义求解器（数值格式、收敛控制 …） 7.求解并监控
后处理过程 8.查看计算结果 9.修订模型
CFD 分析一般应用在以下阶段: – 概念设计 – 产品的详细设计 – 发现问题 – 改进设计
CFD分析是物理试验的补充，但更节省费用和人力。
CFD如何工作?
ANSYS CFD 求解器是基于有限体积法的
– 计算域离散化为一系列控制体积 Control
– 在这些控制体上求解质量、动量、能量 Volume* 、组分等的通用守恒方程
Model courtesy of ROI Engineering
非一致网格
对复杂几何体，非一致网格很有用 – 分别划分每一个域，然后粘接
在其他情况下，也使用非一致网格界面技术 – 不同坐标系之间 – 移动网格
Non-conformal interface
3D Film Cooling Coolant is injected into a duct from a plenum. The plenum is meshed with tetrahedral cells while the duct is meshed with hexahedral cells
形/四面体网格是否足够合适？ – 需要使用非一致边界条件吗？你有足够的计算机资源吗？ – 需要多少个单元/节点？ – 需要使用多少个物理模型？
四边形/六面体还是三角形/四面体网格
对沿着结构方向的流动，四边形/六面体网格和三角形/ 四面体网格相比，能用更少的单元/节点获得高精度的结果 – 当网格和流动方向一致，四边形/六面体网格能减少数值扩散 – 在创建网格阶段，四边形 /六面体网格需要花费更多人力
计算精度要求到什么级别？
你希望多久能拿到结果？
CFD是否是合适的工具？
2. 确定计算域
如何把一个完成的物理系统分割出来？
计算域的起始和结束位置
Domain of Interest
–
在这些位置你能获得边界条件吗？
as Part of a Larger System (not modeled)
– 这些边界条件类型合适吗？
Wedge (prism) mesh Tetrahedral mesh
多域（或混合）网格
多域或混合网格在不同的域使用不同的网格类型，例如