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

1

名詞解釋學(xué)習(xí)FLUENTUDF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(chǔ)的空間）兩方面來(lái)理解一些重要概念。節(jié)點(diǎn)node；面face；單元cell。線thread：=1\*GB2⑴線是一塊存儲(chǔ)空間，有節(jié)點(diǎn)線、面線和單元線三類(lèi)，存儲(chǔ)了存在某種聯(lián)系的節(jié)點(diǎn)組、面組或單元組的信息。=2\*GB2⑵定義線的指針Thread*t;=3\*GB2⑶線對(duì)應(yīng)的是網(wǎng)格拓?fù)淅锩娴膠one,例如某邊界就是一個(gè)zone,顯然它對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)空間是面線。=4\*GB2⑷在多相模型中，還要區(qū)分超級(jí)線superthread和子線subthread。域domain：=1\*GB2⑴域是比線更大的存儲(chǔ)空間，包含了存在某種聯(lián)系的所有線。=2\*GB2⑵定義域的指針Domain*d;=3\*GB2⑶域?qū)?yīng)的是網(wǎng)格拓?fù)淅锩娴膁omain,由網(wǎng)格定義的所有節(jié)點(diǎn)、面和單元線索的組合。=4\*GB2⑷在多相模型中，還要區(qū)分超級(jí)線superdomain和子線subdomain。總的邏輯關(guān)系是，域->線->節(jié)點(diǎn)/面/單元，這可以從常用的循環(huán)中看出：Domain

*domain;Thread

*c_thread;cell_t

c;/*cell_t是線索（thread）內(nèi)單元標(biāo)識(shí)符的*/thread_loop_c(c_thread,

domain)

/*對(duì)域內(nèi)所有單元線做loop*/{begin_c_loop(c,

c_thread)/*

對(duì)線內(nèi)所有單元做循環(huán)*/{……}end_c_loop(c,

c_thread)

}2

Multiphase-specificDataTypes多相專用數(shù)據(jù)類(lèi)型除了在\o"1.7.

DataTypesinANSYSFLUENT"DataTypesinANSYSFLUENT中呈獻(xiàn)的ANSYSFLUENT專用的數(shù)據(jù)類(lèi)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(shí)(Mixture,VOF,orEulerian)，這些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)用來(lái)存儲(chǔ)混合相（mixtureofallofthephases）和每個(gè)單獨(dú)相的屬性和變量。在多相應(yīng)用中，最高級(jí)別的域是超級(jí)域（superdomain）。每一相占據(jù)一個(gè)子域（subdomain）。第三種域是交互域（interactiondomain），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(jí)域；而如果需要每單相（individualphase）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(lái)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(gè)區(qū)別非常重要，因?yàn)镕LUENT有能力處理多相多組分分析。這時(shí)一個(gè)相可能是多個(gè)組分的混合。因?yàn)榍蠼庑畔⒋鎯?chǔ)在線thread數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，線必須與超級(jí)域或子域聯(lián)系起來(lái)。也就是說(shuō)，對(duì)于每一個(gè)在超級(jí)域中定義的單元線或面線,在各子域里面都有對(duì)應(yīng)有單元線或面線。有些超級(jí)域的線包含的信息與相應(yīng)的子域里的線共享。超級(jí)域內(nèi)的線稱為超級(jí)線，mixture-levelthread，而與子域聯(lián)系的線稱為子線，phase-levelthread.\o"Figure

1.5

DomainandThreadStructureHierarchy"Figure1.5總結(jié)了域和線的體系結(jié)構(gòu)。\o"Figure

1.5

DomainandThreadStructureHierarchy"Figure1.5引入了domain_id和phase_domain_index的概念。domain_id用于將超級(jí)域與子域區(qū)分開(kāi)，超級(jí)域(mixturedomain)的domain_id總是1，第一相對(duì)應(yīng)的子域domain_id是2，以此類(lèi)推，同時(shí)交互域也有domain_id?？梢允褂煤瘮?shù)Domain*d=Get_Domain(domain_id)來(lái)得到域的指針d。在Phases設(shè)置面上，ID顯示的就是domain_id。phase_domain_index用來(lái)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(dòng)量方程，而在Eulerian模型中，對(duì)每一相都要求解動(dòng)量方程。如果對(duì)它們指定源項(xiàng)，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)式不同的。勾在(hookedto)混合態(tài)的UDF函數(shù),求解器為其傳遞超級(jí)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(jí)域上的。其他類(lèi)型的函數(shù)可以勾在不同的相域。3

AdvancedMultiphaseMacros高級(jí)多相宏對(duì)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(huì)由求解器在求解時(shí)直接通過(guò)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(méi)有通過(guò)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(jí)域的變量。如果UDF需要相域（subdomain）的指針，則需要使用本節(jié)所述的宏來(lái)獲取。ON_DEMANDUDF沒(méi)有獲得任何參數(shù)傳遞，因此ondemand函數(shù)也常常要用到這些宏。當(dāng)你在編寫(xiě)多相模型的UDF時(shí)，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(lèi)型。3.1PhaseDomainPointer(DOMAIN_SUB_DOMAIN)相域（子域）的指針已有超級(jí)域指針的情況下，有兩種方式獲取子域的指針：DOMAIN_SUB_DOMAIN宏或Get_Domain。int

phase_domain_index

=

0;

/*

第一相的phase_domain_index是

0

*/Domain

*mixture_domain;

/*

超級(jí)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(jí)域的指針。如前文所述，某些函數(shù)勾在超級(jí)域上，求解器就會(huì)自動(dòng)傳遞超級(jí)域指針到UDF。而某些函數(shù)則不能顯式地得到超級(jí)域的指針，則需要用宏Get_Domain(1)來(lái)獲取。3.2

Phase-LevelThreadPointer(THREAD_SUB_THREAD)相級(jí)線的指針已知超級(jí)線的指針，則可以使用THREAD_SUB_THREAD宏求的其子線的指針。intphase_domain_index=0;/*

第一相的phase_domain_index是

0

*/Thread*mixture_thread;/*

超級(jí)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(jí)線的指針。同樣，超級(jí)線的指針可能通過(guò)函數(shù)形參獲取，或者使用Lookup_Thread獲取。int

zone_ID

=

2;/*通過(guò)ZONEID來(lái)求的線*/Thread

*thread_name

=

Lookup_Thread(domain,zone_ID);3.2

PhaseThreadPointerArray(THREAD_SUB_THREADS)子線的指針數(shù)組已知超級(jí)線的指針，可以使用THREAD_SUB_THREADS宏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);

pt[i],數(shù)組的一個(gè)單元，是phase_domain_index為i的單相對(duì)應(yīng)的子線的指針。例如，C_R(c,pt[i])可用于返回第i相在單元c的密度。3.4

MixtureDomainPointer(DOMAIN_SUPER_DOMAIN)超級(jí)域的指針如果已知某子域的指針，可以用DOMAIN_SUPER_DOMAIN宏求的它的超級(jí)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(dòng)傳遞給UDF。在當(dāng)前版本FLUENT中，DOMAIN_SUPER_DOMAIN與Get_Domain(1)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_DOMAIN，考慮到FLUENT版本的更新，未來(lái)可能處理多個(gè)超級(jí)域。3.5

MixtureThreadPointer(THREAD_SUPER_THREAD)超級(jí)線的指針如果已知子線的指針，可以用THREAD_SUPER_THREAD宏求超級(jí)線的指針。Thread

*subthread;Thread

*mixture_thread

=

THREAD_SUPER_THREAD(subthread);

3.6DomainID(DOMAIN_ID)如果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

PhaseDomainIndex(PHASE_DOMAIN_INDEX)如果已知某一子域的指針，可以用PHASE_DOMAIN_INDEX宏獲取該子域的phase_domain_index。Domain

*subdomain;int

phase_domain_index

=

PHASE_DOMAIN_INDEX(subdomain);

4.

MultiphaseLoopingMacros多相循環(huán)宏本節(jié)討論只在多相UDF中應(yīng)用的循環(huán)。4.1

LoopingOverPhaseDomainsinMixture(sub_domain_loop)子域循環(huán)該循環(huán)對(duì)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；mixture_domain是超級(jí)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(kāi)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_thread;Domain

*subdomain;real

xc[ND_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

(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(xc[0]

-

0.5,2.),pow(xc[1]

-

0.5,2.),pow(xc[2]

-

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_th