### UDF 英文 手册 FLUENT
#### 概览
用户定义函数（User-Defined Function，简称 UDF）是 ANSYS Fluent 提供的一种强大的功能，允许用户自定义计算流体动力学（Computational Fluid Dynamics, CFD）模拟中的物理模型、边界条件以及其他与求解过程相关的设置。UDF 的引入极大地扩展了 Fluent 的应用范围，使其能够应对更加复杂多变的实际工程问题。
#### 什么是用户定义函数（UDF）？
UDF 是一种由用户编写的程序代码，通过这些代码可以自定义 Fluent 中的各种功能。Fluent 提供了一系列预定义的宏（macros），这些宏作为接口，使用户能够在求解过程中实现自定义行为。用户可以根据具体的应用需求选择合适的宏进行编程，并将其链接到 Fluent 的计算过程中。
UDF 可用于定义以下内容：
- 特殊的边界条件
- 自定义源项
- 用户定义标量（UDS）
- 用户定义记忆变量（UDM）
- 特殊的网格运动
- 特殊的时间步长等
#### 为什么使用 UDF？
使用 UDF 的主要原因在于它能为 Fluent 提供更高级别的定制化能力。这在处理非常规或复杂的流体流动问题时尤其有用，因为标准 Fluent 功能可能无法满足所有用户的特定需求。通过编写 UDF，用户可以将先进的物理模型、精确的边界条件以及特殊的数据后处理功能融入 Fluent 的计算框架中。
#### 限制
虽然 UDF 提供了极大的灵活性，但在实际使用中也存在一些限制：
- 性能：复杂的 UDF 可能会导致计算效率降低。
- 稳定性：不正确的 UDF 实现可能导致 Fluent 运行不稳定或甚至崩溃。
- 兼容性：某些类型的 UDF 在不同的 Fluent 版本之间可能存在兼容性问题。
#### 定义您的 UDF 使用 DEFINEMacros
为了实现 UDF 的功能，用户需要定义一组特定的 Fluent 宏。这些宏被统称为 DEFINEMacros，它们定义了 Fluent 与 UDF 之间的交互方式。常见的 DEFINEMacros 包括：
- DEFINE_ADJUST：用于在每次迭代结束时调整参数值。
- DEFINE_DELTA_T：用于定义时间步长。
- DEFINE_EXECUTE_AT_END：定义模拟结束后执行的命令。
- DEFINE_INIT：用于初始化计算域中的变量。
- DEFINE_ON_DEMAND：用于按需执行的命令。
- DEFINE_SOURCE：定义用户定义的源项。
- DEFINE_UDF：用于定义自定义函数。
#### 在源文件中包含 udf.h 头文件
在编写 UDF 时，必须在源代码文件的开头包含 udf.h 头文件。这个头文件包含了 Fluent 与 UDF 交互所需的函数声明和数据类型定义。例如：
```c
#include "udf.h"
DEFINE_ADJUST(my_adjust, domain)
{
/* 在这里编写您的自定义代码 */
}
```
#### 解释和编译 UDF
Fluent 支持两种 UDF 的执行方式：解释执行和编译执行。这两种方式各有优缺点：
- **解释执行**：无需事先编译，可以直接加载并运行 UDF。这种方式便于调试，但执行效率较低。
- **编译执行**：需要将 UDF 源代码编译成库文件，然后加载到 Fluent 中。这种方式执行效率较高，但调试较为麻烦。
#### 将 UDF 链接到您的 ANSYS Fluent 模型
一旦 UDF 编写完成并通过测试，就可以将其链接到 Fluent 模型中。这通常通过 Fluent 的图形界面来完成，也可以通过命令行接口实现。
#### 网格术语
在编写 UDF 时，需要理解 Fluent 中的一些基本网格概念：
- Cell（单元格）：计算域中最小的基本单元。
- Face（面）：单元格间的边界。
- Node（节点）：网格的顶点。
- Zone（区域）：一组具有相同属性的单元格。
#### Fluent 中的数据类型
Fluent 提供了多种数据类型来存储和操作计算过程中产生的各种数据。主要的数据类型包括：
- real：用于表示实数。
- face_t：表示网格中的一个面。
- cell_t：表示网格中的一个单元格。
- domain_t：表示整个计算域。
- thread_t：表示线程。
#### UDF 调用序列在求解过程中的作用
在 Fluent 的求解过程中，UDF 的调用遵循一定的顺序。通常情况下，Fluent 会在每个时间步或迭代步中按照特定的顺序调用不同的 UDF。了解这一调用顺序对于编写高效的 UDF 至关重要。
#### 特别考虑：多相流 UDF
对于涉及多相流的问题，还需要特别关注一些与多相流相关的数据类型和宏。例如：
- phase_t：表示流体的一个相。
- DEFINE_PHASE_SPECIFIC：定义与特定相相关的 UDF。
#### 结论
UDF 是 Fluent 的一项重要功能，它使得用户能够针对特定问题开发出高度定制化的解决方案。通过合理利用 Fluent 提供的各种 DEFINEMacros 和数据类型，用户可以有效地扩展 Fluent 的功能，解决复杂的工程问题。当然，在编写 UDF 时也需要考虑到性能和稳定性的因素，确保 UDF 的正确性和高效性。
