Fluent UDF指南：用户自定义函数在嵌入式系统中的应用

本文档主要讨论了在Fluent软件中使用用户自定义函数(UDF)的概念、用途和实现方式，特别提到了Nox宏在嵌入式系统硬件与软件架构中的应用。 在Fluent中，用户自定义函数(UDF)是一种允许用户通过编写C语言程序扩展求解器功能的方法。UDF使用`DEFINE`宏定义，它们可以用来定制边界条件、材料属性、反应率，以及在运输方程中添加源项等。UDF分为解释型和编译型两种，前者在运行时解释执行，简单但速度较慢，后者编译成共享库与Fluent紧密集成，速度快但设置复杂。 Nox宏是用于定义Nox（氮氧化物）产生和减少的特定宏，包括`NOX_EQN`、`NOX_FRATE`和`NOX_RRATE`。这些宏定义在`sg_nox.h`头文件中，该文件又被包含在`udf.h`中。`NOX_EQN`用于表示Nox污染物质方程的ID，`NOX_FRATE`计算Nox的产生速率，而`NOX_RRATE`则计算减少速率。此外，`ARRH`宏用于计算阿列纽斯速率系数，它需要一个`NOx`指针和一个常数速率数组`k`作为参数。 UDF在Fluent中的主要作用包括但不限于： 1. 定制边界条件：允许用户定义特定的边界条件，以适应复杂的物理问题。 2. 定义材料属性：根据实际工程需求定义非标准的材料属性。 3. 表面和体积反应率：对于化学反应过程，UDF可以自定义反应速率，如Nox的生成和消耗。 4. 源项定义：在Fluent的运输方程中添加用户自定义的源项，以模拟额外的物理现象。 5. 用户自定义标量输运方程：创建新的输运方程，如UDS，以处理非标准的物理量。 6. 迭代过程中的计算值调节：在每次迭代中调整计算值，以实现更精确的解决方案。 7. 异步执行：在必要时，UDF可以实现异步执行，提高计算效率。 8. 后处理功能：改善数据可视化和结果分析。 9. 模型改进：对现有Fluent模型进行扩展，如离散项模型、多项混合物模型和离散发射辐射模型。 然而，UDF并不涉及核心算法的修改，这是出于对源代码保护的考虑。尽管这限制了某些高级功能的自定义，但它也保持了Fluent的基本稳定性和可维护性。尽管如此，UDF仍然是Fluent用户扩展求解能力的强大工具，尤其对于那些需要解决独特问题的用户来说。