【CFD小贴士】Fluent 活用Expression功能事半功倍_ACT_Fluent_System_UDF_UM_Electric

【CFD小贴士】Fluent 活用Expression功能事半功倍

引子

表达式（expression）是Fluent在2019版本重磅推出的新功能，一直以来很多的Fluent使用者吐槽：简单的函数型边界条件或者一些源项也要使用UDF，而UDF的学习曲线又比较陡峭，因此让人诟病颇深（尤其小白）。

让人们等待已久的表达式功能终于在2019版本隆重推出，没想到一推出它的功能就已经强大如斯，几乎可以胜任绝大部分的边界条件和一些源项的定义，而且学习曲线比较平缓入手极为快速。不得不说这是Fluent近年来最注重用户体验的一项改进了。

下面我们就来扒一扒expression的使用技巧。

1.首先什么是表达式

• 默认情况下，为边界条件或cell zone 输入的值在整个边界或者 cellzone上是一致的

•使用Fluent中的表达式，可以将这些值作为空间、时间、迭代次数和解变量的函数输入

–例如，入口温度可以定义为出口加权平均压力的函数

•表达式还有其他用途，这一篇的重点是边界条件和 cellzone 条件中表达式的用法

2.使用表达式定义边界条件和Cell Zone 条件

1.打开边界条件面板并选择expression

2.在表达式输入面板书写表达式,可以从右边菜单中选择变量/函数

Expressions 可以直接在entryfield 中输入

Expressions 也可以通过模型树的Named Expressions创建

Named expressions 可以在entry field 使用

Example1:位置相关的边界 profile 设置

给出入口处的速度分布作为如下Y坐标的函数

注意，单位要匹配!

Example2 :时间相关的边界 profile 设置

给出入口的速度分布作为时间的函数

注意，单位要匹配!

Example3: 源项

1.Energy source term 单位必须为W/m3

2.Total power (W) 通常是已知的,然而W/m3 要求你知道热源的体积然后被 TotalPower相除，结果通常是一个具有多位有效数字的值

3.使用表达式，输入总瓦特数并除以一个自动计算的体积（热源体积未知可直接使用volume表达式获取如下图）

3.Fluent的表达式语言（即书写格式）

表达式是一个字符串，表示值、变量、操作符和函数调用的组合

表达式返回一个值，该值具有单位(或无量纲)

– 例如:5.0 [m/s] * exp((-t-0.3 [s]) / 2.8 [s])

§这个表达式最终单位为m/s

§表达式的单位必须与 input field 的单位一致（极其重要）

o 例如不能用5* t表示速度因为它的单位是s，而不是m/s

§单位必须一致

o 1[cm] * TotalPressure是不允许的，因为厘米不是压强的单位

o Unitsystems可以混合使用，例如1[atm] + 200 [Pa]是允许的，因为它们都是压力单位

4.函数的使用

打开边界条件面板并选择 expression

Area ([location,…])

例如，当你要获取边界inlet和outlet的面积时，为Area([“outlet,inlet”])

Average (<expr>, [location], Weight= None | ”Area” | ”Volume”)

当你要获取入口的面积加权平均温度时，为

Average (StaticTemperature,[“inlet”], Weight = “Area”)

当然还可获取具体位置（如某边界或域）的最大、最小、求和值以及体积等

• Maximum (<expr>,[location,…])

• Minimum (<expr>,[location,…])

• Sum (<expr>, [location,…],Weight = None | ”Area” | ”Volume”)

• Volume ([location,…])

支持并行计算

可以使用简单的逻辑完成复杂的定义：

IF (条件, true, false)

OR (条件 1, 条件 2)

AND (条件 1, 条件 2)

IF 语句使用示例

OR 的使用示例

支持三角函数

sin, cos, tan, asin,acos,atan,sinh,cosh,

tanh, asinh,acosh,atanh

和其他函数

exp, log, log10, abs, sqrt

示例:用出口温度控制计算域的源项

根据平均出口温度调整某一区域的热源的实例

4.变量

–Variables：变量(在上述表达式, t 是一个 variable)

§可以是场和解的变量

§Fluent中的变量可以在表达式编辑器面板的菜单中找到

§常用变量的别名(例如“t”=时间，“x”=x坐标，…)

–在上下文菜单中选择的变量将显示在表达式中

variable	Description

Time	Current time

Timestep	Current time step

DeltaTime	Current time step

Iteration	Current iteration count

Alias notation
variable	Description
x, y, z	x, y, z coordinates
u, v, w	x, y, z direction velocity
t, dt, iter	Time step, ticks, number of iterations
T	Static temperature
P	Static pressure
mf	Mass fraction

variable	Description
PI	Pi
e	Number of napiers (2.718…)
R	Gas constant
avogadro	Avogadro's number
boltzmann	Boltzmann constant
clight	speed of light
echarge	Electric quantity
g	Gravity acceleration
planck	Planck's constant
stephan	Stefan-Boltzmann constant
mupermo	Permeability

其他可以访问到的流场变量可以查阅帮助手册

来源：CFD仿真区

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