【UDF案例】01：多孔介质

1 案例介绍

本案例展示借助UDF模拟与位置相关的多孔介质流动，案例主要描述的内容包括：

• 编译UDF

• 利用UDF指定源项

• 数据后处理

2 问题描述

本案例要考虑的问题如下图所示。

计算模型中包含两个流体域，在多孔介质区域中，利用UDF指定x方向动量源项，该动量源项表示为：

式中，C为模型常数，C=100。该动量源与y坐标相关。

利用UDF宏DEFINESOURCE描述源项。在ANSYS Fluent中，源项需要进行线性化处理：

式中上标*表示为物理量前一个迭代值，参数B（UDF宏中为dS[eqn]）可通过下式计算：

UDF宏可写为：

#include "udf.h"
DEFINE_SOURCE(xmom_source,cell ,thread ,dS,eqn)
{    
    const real c2 = 100.0;
    real x[ND_ND];
    real con,source;
    C_CENTROID(x,cell,thread);
    con = c2* 0.5 * C_R(cell,thread)*x[1];
    source = -con *fabs(C_U(cell,thread))*C_U(cell,thread);
    dS[eqn] = -2 * con *fabs(C_U(cell),thread);    
    return source;
}

UDF中的C_U宏为获取x方向速度，C_R宏为获取密度。

3 Fluent设置

在进行Fluent设置之前，请确保UDF编译环境已经配置好。

3.1 读取 Mesh

• 利用菜单File → Read → Mesh…读取网格文件

3.2 General设置

General面板采用默认设置。

3.3 Models设置

• 右键选择模型树节点Models → Viscous ，选择弹出菜单Edit…

• 在弹出的对话框中选择k-epsilon(2 eqn)

• 其他参数保持默认设置。

3.4 编译UDF

• 右键选择模型树节点User Defined Functions，选择菜单Compiled…，弹出UDF编译对话框。

• 加载UDF宏文件porous_plug.c，点击按钮Build编译源文件，并点击按钮Load加载UDF。

3.5 Cell Zone Conditions

• 鼠标右键选择模型树节点Cell Zone Conditions > fluid-2，点击弹出菜单Edit…

• 激活选项Source Terms

• 切换到标签页Source Terms，选择X Momentum右侧的Edit…按钮

• 在弹出的对话框中设置Number of X Momentum sources为1

• 设置下方的选项为前面加载的UDF，如图中标志5所示

• 点击OK按钮关闭对话框

3.6 Boundary Conditions设置

• 右键选择模型树节点Boundary Conditons > Velocity-inlet-1，选择Edit…菜单项

• 在弹出的对话框中设置Velocity Magnitude为1 m/s，设置Specification Method为Intensity and Hydraulic Diameter，设置Turbulent Intensity为5，设置Hydraulic Diameter为4 m，其他参数保持默认设置，点击OK按钮关闭对话框

• 相同步骤设置边界Pressure-outlet-1，设置Backflow Reference Frame为0，设置Backflow Turbulent Intensity为5，设置Backflow Turbulent Viscosity Ratio为10，其他参数保持默认设置，点击OK按钮关闭对话框

3.7 初始化

• 鼠标右键选择模型树节点Solution > Initialization，选择菜单项Initialize进行初始化

3.8 Run Calculation

• 双击模型树节点Solution > Run Calculation

• 右侧面板中设置Number of Iterations为200，点击按钮Calculate进行计算

计算大约30步收敛到1e-3。

3.9 后处理

• 右键选择模型树节点Results > Graphics > Contours，选择弹出菜单Edit…

• 弹出对话框中查看计算域中静压分布，如下图所示

静压分布如下图所示。

查看速度矢量分布，如下图所示。

由于所设置的动量源与Y坐标相关，且随Y坐标增大而增大。图中反映出Y坐标越大，速度减小得越多。注意这里设置的动量源是一个阻力源，其值越大表示阻力越大。

本案例源文件可在这里下载【链接：http://pan.baidu.com/s/1o8LrSUm 密码：1e3e】，一起来试一试吧~