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133、Fluent如何自定义重力场？

Fluent学习笔记

8小时前浏览2

1.问题引出

有同学在我们公众号的交流群里面问：如何将部分区域设置为没有重力？

群里面的大佬给了很好的思路，下面我们就沿着这个思路，通过UDF来实现自定义添加重力

2.常规重力设置

Fluent本身的重力是在 Operating Conditions 面板或者Genreal界面里设置的

这里设置的重力是作用于整个计算域的，没办法只对一部分区域加、另一部分区域不加。

如果想实现“局部区域有重力，其他区域没有重力”，就需要通过UDF给动量方程添加源项；同时不勾选这里的重力选项。

3. UDF重力源项

3.1 UDF代码

从动量方程可以看出，用密度乘以重力加速度就是重力的动量源项，下式中的ρ*g就是动量源项

UDF代码如下：

#include "udf.h"#define g -9.81  /* m/s^2*/DEFINE_SOURCE(local_gravity, c, t, dS, eqn){    real source = 0.0;    real rho = C_R(c,t);  /* 密度 */    source = rho * g;   /* 重力源项 */    dS[eqn] = 0.0;    return source;}

简单的进行解释一下：

#include "udf.h" 是头文件，可以理解为固定格式，UDF都需要这行代码

#define g -9.81 定义一个常量 g，值是 -9.81，

DEFINE_SOURCE 是一个DEFINE宏。UDF想要对Fluent的计算域网格进行操作，就需要各种功能的DEFINE宏。其中SOURCE是源项宏；(local_gravity, c, t, dS, eqn)里面的各个参数这里不多说明。

real source = 0.0; 定义并初始化源项。

real rho = C_R(c,t); 通过 C_R(c,t) 宏获取该单元内的流体密度。

source = rho * g; 源项计算公式：体力项 = 密度 × 加速度。这就是重力体力源项。

dS[eqn] = 0.0; 源项对解变量的导数。算是比较难理解的一个参数。

return source; 把源项返回给 Fluent，让它加到对应的方程里。

把上面的代码复制到编译器中，或者记事本中，将后缀改成.c即可

3.2 加载UDF

想要实现局部有重力，需要先不勾选重力，然后将UDF源项加载到需要设置重力的计算域即可

如果没有将计算域分割开，也可以在UDF中通过坐标判断哪些区域需要设置重力。

需要确定重力在哪个方向上，比如Y方向上重力加速度为-9.81，那就需要将动量源项加载到Y Momentum上

UDF代码虽然比较简单，但是如果不熟悉UDF的同学，看上面的操作过程可能还是比较疑惑。

4.验证正确性

这种方式是不是正确的呢？我们需要验证正确性，可以使用自然对流来进行验证。

首先勾选Fluent重力，计算自然对流，将其结果作为标准结果；
然后关闭重力，使用UDF的方式来定义动量源项。

4.1自然对流设置

对于自然对流，如果是Boussinesq model，除动量方程中的浮力项外，其他方程都将密度作为常数求解，这样会大大加快收敛。

那么浮力项中的密度如何改变呢？？通过以下方程

其中，ρ0为流体密度(常数)，T0为操作温度operating temperature，β体积变化系数，对于理想气体即等于绝对温度的倒数。ρ和T即为变化的密度和温度。

如果不是如果密度没有设置为boussinesq，那么这里的设置才有意义。此时动量方程中的体积力为

这里的ρ0才是operating density，这里之所以会有这个操作密度，主要是考虑到收敛性，设置这个值，会加强收敛性。即操作密度

注：这部分内容还是操作密度的问题，可以参考文章：六十四、Fluent操作温度及操作密度设置

4.2UDF验证

对于chapter 129的例子，没有设置boussinesq，因此动量源项应该是

UDF代码为：其中的1.111即为操作密度。

#include "udf.h"#define g -9.81  /* m/s^2*/DEFINE_SOURCE(local_gravity, c, t, dS, eqn){    real source = 0.0;    real rho = C_R(c, t);  /* 密度 */    source = (rho-1.111) * g;   /* 重力源项 */    dS[eqn] = 0.0;    return source;}