FLUENT多相模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及循環(huán)

1、2 Multiphase-specific Data Types多相專用數(shù)據(jù)類型1名詞解釋學(xué)習(xí)FLUENT UD編程，必須要從網(wǎng)格拓?fù)浜蛿?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(幾何數(shù)據(jù)、求解數(shù)據(jù)存儲的空間)兩方面來理 解一些重要概念。節(jié)點 node ;面face ;單元cell。simple 2D grid線 thread :線是一塊存儲空間，有節(jié)點線、面線和單元線三類，存儲了存在某種聯(lián)系的節(jié)點組、面組或單元組 的信息。定義線的指針 Thread *t;線對應(yīng)的是網(wǎng)格拓?fù)淅锩娴膠one,例如某邊界就是一個 zone,顯然它對應(yīng)的存儲空間是面線。在多相模型中，還要區(qū)分超級線superthread 和子線subthread 。

2、域 domain :域是比線更大的存儲空間，包含了存在某種聯(lián)系的所有線。定義域的指針 Doma in *d;域?qū)?yīng)的是網(wǎng)格拓?fù)淅锩娴膁omai n,由網(wǎng)格定義的所有節(jié)點、面和單元線索的組合。在多相模型中，還要區(qū)分超級線superdomain和子線subdomain?？偟倪壿嬯P(guān)系是，域-> 線-> 節(jié)點/面/單元，這可以從常用的循環(huán)中看出：Domai n *doma in;Thread *c_thread;cell_t c; /* cell_t是線索(thread )內(nèi)單元標(biāo)識符的*/threadoop_c(c_thread, domai n)/*對域內(nèi)所有單元線做 loop*/be

3、gin_c_loop(c, c_thread) /*對線內(nèi)所有單元做循環(huán)*/en d_c_loop(c, c_thread)除了在 Data Types in ANSYS FLUENT 中呈獻(xiàn)的 ANSYS FLUEN專用的數(shù)據(jù)類型，還有一些專用于多相 UDF的線(thread )和域(domain)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。當(dāng)使用多相模型時(Mixture, VOF, or Eulerian)，這些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)用來存儲混合相( mixture of all of the phases)和每個單獨相的屬性和變量。在多相應(yīng)用中，最高級別的域是超級域(superdomain)。每一相占據(jù)一個子域(subdomain)

4、。第三種域是交互域(in teractiondoma in)，被用于相的相互作用機(jī)制的定義。如果需要混合態(tài)屬性或變量(各相的總和)，應(yīng)該用超級域；而如果需要每單相(in dividual phase)的這些信息，則應(yīng)該使用子域。在單相模型情況(只有一相)，混合相(mixture )的概念用來代表各組分(species ，components)的 總和；多相模型的情況，它代表各相的總和。這個區(qū)別非常重要，因為FLUENT有能力處理多相多組分分析。 這時一個相可能是多個組分的混合。因為求解信息存儲在線thread數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，線必須與超級域或子域聯(lián)系起來。也就是說，對于每一個在超級域中定義的單元線或

5、面線，在各子域里面都有對應(yīng)有單元線或面線。有些超級域的線包含的信息與相應(yīng)的子域里的線共享。超級域內(nèi)的線稱為超級線，mixture-level thread，而與子域聯(lián)系的線稱為子線，rHistHjrF-Icvel thread (e-Ql. flkj-d zoitiekmiMliure drrKHn. dcmwlrl_ldiB 1pnniiir)!闊閒希.対 2wcMGiary phaw cig ruin, donninid 3wizandar)i piiaw domain donuin_id = 4liriLuAiCUail demalr d«rhftin_hdl 5_ L ZI

6、igurt 1.5 LXomM and Thread amjchre»lief arc liyrniMtwreBicI thie«d (i.y.r inM ecmtw'*Ddei：Eizumv r-Ini I-| *j | anwM> | ® Fphase-level thread. Figure 1.5 總結(jié)了域和線的體系結(jié)構(gòu)。r.srvyi MWiwSoil ion OmbdiMaFigure 1.5引入了 domain_id和phase_domain_index的概念。domaind用于將超級域與子域區(qū)分開， 超級域(mixture domai

7、n)的domain_id總是1，第一相對應(yīng)的子域domain_id是2,以此類推，同時交互域也有domain_id ?？梢允褂煤瘮?shù) Domain *d=Get_Domain( domain_id )來得到域的指針 d。在Phases設(shè)置 面上，ID顯示的就是domaind。phase_domain_index 用來區(qū)分不同單相的線。第一相的 phase_domain_index 是0，第二相的 phase_domain_index 是 1。不同多相模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)也有不同。比如，在Mixture模型中，只求解混合相的動量方程， 而在Eulerian模型中，對每一相都要求解動量方程。如果對它們指定

8、源項，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)式不同的。勾在(hooked to)混合態(tài)的UDF函數(shù)，求解器為其傳遞超級域結(jié)構(gòu)；而勾在某一相的函數(shù)則獲得子域結(jié)構(gòu)輸入。DEFINE_ADJUST和DEFINE_INITUDFs是固定超級域上的。其他類型的函數(shù)可以勾在不同的相域。3 Adva need Multiphase Macros高級多相宏對于大多數(shù)多相模型的標(biāo)準(zhǔn)UDF函數(shù)需要的變量(域指針，線指針等)都會由求解器在求解時直接通過參數(shù)的方式傳遞給函數(shù)。你所要完成的就是將這些函數(shù)勾到你的模型。但是，可能有些復(fù)雜函數(shù)需要一些沒有通過參數(shù)直接傳遞的變量。比如，DEFINE_ADJUST，DEFINE_INIT函數(shù)只獲得了超級域的

9、變量。如果UDF需要相域(subdomain )的指針，則需要使用本節(jié)所述的宏來獲取。ON_DEMAND U沒有獲得任何參數(shù)傳遞，因此 on dema nd函數(shù)也常常要用到這些宏。當(dāng)你在編寫多相模型的 UDF 時，必須要牢記多相模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)體系。要注意函數(shù)獲得的參數(shù)，函數(shù) 勾在什么域上(GUI或者固定的)。同樣還有注意你使用的多相模型的類型。3.1 Phase Domain Pointer (DOMAIN_SUB_DOMAIN) 相域(子域)的指針已有超級域指針的情況下，有兩種方式獲取子域的指針：DOMAIN_SUB_DOMAN或Get_Domain。int phase_domain_ind

10、ex = 0; /*第一相的 phase_domain_index 是 0 */Domain *mixture_domain; /*超級域的指針 */Domain *subdomain = DOMAIN_SUB_DOMAIN(mixture_domain,phase_domain_index);在上面的例子中，要事先獲得超級域的指針。如前文所述，某些函數(shù)勾在超級域上，求解器就會自動傳遞超級域指針到 UDF而某些函數(shù)則不能顯式地得到超級域的指針，則需要用宏Get_Domain(1)來獲取。3.2 Phase-Level Thread Pointer (THREAD_SUB_THREAD) 相級線

11、的指針已知超級線的指針，則可以使用THREAD_SUB_THREAD求的其子線的指針。int phase_domain_index = 0;/*第一相的 phase_domain_index 是 0 */Thread *mixture_thread; /*超級線的指針 */Thread *subthread = THREAD_SUB_THREAD(mixture_thread,phase_domain_index);在上面的例子中，要事先獲得超級線的指針。同樣，超級線的指針可能通過函數(shù)形參獲取，或者使用 Lookup_Thread 獲取。int zone_ID = 2; /* 通過 ZONE

12、ID來求的線 */Thread *thread_name = Lookup_Thread(domain,zone_ID);3.2 Phase Thread Pointer Array (THREAD_SUB_THREADS) 子線的指針數(shù)組已知超級線的指針，可以使用THREAD_SUB_THREADS求得其所有子線的指針組成的數(shù)組。Thread *mixture_thread;Thread *pt; /* initialize pt */pt = THREAD_SUB_THREADS(mixture_thread);pti, 數(shù)組的一個單元， 是 phase_domain_index 為 i

13、的單相對應(yīng)的子線的指針。 例如， C_R(c,pti) 可用于返回第 i 相在單元 c 的密度。3.4 Mixture Domain Pointer (DOMAIN_SUPER_DOMAIN) 超級域的指針如果已知某子域的指針，可以用DOMAIN_SUPER_DOMA宏求的它的超級域(可以成為父域)的指針。Domain *subdomain;Domain *mixture_domain = DOMAIN_SUPER_DOMAIN(subdomain);在上面的例子中，要事先獲得子域(即相域)的指針。如果UDF勾在某一相域上，相域的指針也可以由求解器自動傳遞給 UDF在當(dāng)前版本 FLUENT中，

14、DOMAIN_SUPER_DOMAN Get_Domain 返回的指針是 一樣的。但是還是建議在 UDF中，盡可能使用 DOMAIN_SUPER_DOMA考慮到FLUENT版本的更新，未來可 能處理多個超級域。3.5 Mixture Thread Pointer (THREAD_SUPER_THREAD) 超級線的指針如果已知子線的指針，可以用THREAD_SUPER_THREA求超級線的指針。Thread *subthread;Thread *mixture_thread = THREAD_SUPER_THREAD(subthread);3.6 Domain ID (DOMAIN_ID)如果

15、已知某一子域的指針，可以用DOMAIN_ID宏獲取該子域的domain_id。Domain *subdomain;int domain_id = DOMAIN_ID(subdomain);3.7 Phase Domain Index (PHASE_DOMAIN_INDEX)如果已知某一子域的指針，可以用PHASE_DOMAINNDE宏獲取該子域的 phase_domain_index 。Domain *subdomain;int phase_domain_index = PHASE_DOMAIN_INDEX(subdomain);4. Multiphase Looping Macros 多相循

16、環(huán)宏本節(jié)討論只在多相 UDF中應(yīng)用的循環(huán)。4.1 Looping Over Phase Domains in Mixture (sub_domain_loop) 子域循環(huán)該循環(huán)對所有子域進(jìn)行循環(huán)，這是一種獲取各單相域的指針的方法之一。int phase_domain_index; /* index of subdomain pointers */Domain *mixture_domain;Domain *subdomain; sub_domain_loop(subdomain, mixture_domain, phase_domain_index) 參數(shù)中， subdomain 是子域的指針

17、； mixture_domain 是超級域的指針。例子：下面UDF分塊初始化某一相的體積分?jǐn)?shù)，只在求解開始執(zhí)行一次。 /*UDF for initializing phase volume fraction*/#include "udf.h"/* domain pointer that is passed by INIT function is mixture domain */ DEFINE_INIT(my_init_function, mixture_domain)int phase_domain_index;cell_t cell;Thread *cell_threa

18、d;Domain *subdomain;real xcND_ND;/* loop over all subdomains (phases) in the superdomain (mixture) */ sub_domain_loop(subdomain, mixture_domain, phase_domain_index) /* loop if secondary phase */if (DOMAIN_ID(subdomain) = 3)/* loop over all cell threads in the secondary phase domain */ thread_loop_c

19、(cell_thread,subdomain)/* loop over all cells in secondary phase cell threads */ begin_c_loop_all (cell,cell_thread) C_CENTROID(xc,cell,cell_thread); if (sqrt(ND_SUM(pow(xc0 - 0.5,2.), pow(xc1 - 0.5,2.), pow(xc2 - 0.5,2.) < 0.25)/* set volume fraction to 1 for centroid */C_VOF(cell,cell_thread) = 1.; else/* otherwise initialize to zero */C_VOF(cell,cell_thread) = 0.;end_c_loop_all (cell,cell_thread)4.2 Looping Over Phase Threads