FLUENT UDF读取某个点的温度数据？

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1 前言                                                            

    前几天有读者问到如何用UDF调用某个点的温度，以便于其他的使用目的。大家知道，单单读取点的数据是很容易的事情，UDF调用却不太容易。趁着周末挤出一点时间做一个案例，希望对这位读者以及大家有一定的参考价值。

2 问题描述与解决思路                                              

    这里沿用我五一节做的那个案例（图片如下），假设我要读取（0.5,0.1）这个点的温度值，UDF怎么操作呢？需要说明的是，我提出的这个处理思路绝对不是最好最准确的，但是在一定精度范围内应该是没问题的，另外其可靠性还需要读者自行去深入验证。

图1 五一快乐

    这个问题很早以前我就思考过，最终都没有写出直接读取某个点的温度值的UDF代码。后来我从间接的角度想，如果我们钻牛角尖，实际情况下，测量某个点的温度能测到吗？一个点是没有任何体积的，即使我们使用温度探头去测量，探头严格上将也不算是一个点，实际上我们测得的温度应该是目标位置“点”周围很小区域的平均温度。而且通常情况下，这个点的温度和周围很小区域的温度相差很小了。因此我用一个足够小的球体去近似这个点的温度就可以了，问题就转化为计算某个区域的平均温度，这个UDF代码就很好编写了。为了更好的说明问题，我用了UDM来存储温度值（球体区域内的存储值为实际温度，区域之外为0），并与关心的“点”温度进行对比。如前所述，我们关心的点（0.5,0.1），用一个球体去逼近，关键的语句为：

sqrt(pow(xx-0.5,2)+pow(yy-0.1,2))<=ε，具体的逼近程度由ε来控制，本案例取0.002。关键的问题在于，这个取值既不能过小也不能过大，过小将会无结果，过大的话就好理解了，一个大的区域温度和其中一个点的温度就未必相等了。为什么ε取值过小会没有结果呢？我们先看一下FLUENT的网格数据，如下图，单元（cell）中心为FLUENT场数据存储位置，其他位置的数据通过插值计算。如果ε取值过小，球体区域未把cell中心包围，那么就获取不了数据，如果是计算体积加权平均温度的话可能得到无穷数，因为没有cell体积值。当然了，如果我们关心的点正好在cell中心，那么就一定可以获取数据了，但是这个要求太苛刻了，因此我们要用一个足够大的区域去包含。实际操作时，尝试不同的值，直至区域平均温度和实际的“点”温度几乎相等即可。

图2 FLUENT数据存储结构

    根据上面所述，我们取ε=0.0001，测试计算结果如下图，可以看出UDM没有存储到任何温度数据，因此都等于0，同时UDF读取不到体积值，因此体积加权平均温度计算结果出现无穷数。

图3 ε取值过小的结果

    我们取ε=0.002，测试计算结果如下图，可以看出，此时UDM已经读取了温度值，并且平均温度和实际“点”温度相对误差为几近等于0。

图4 ε取值合适的结果

    我们再取ε=0.05，测试计算结果如下图，可以看出此时的平均温度和实际的点温度一样很接近，这是因为本身区域的温度分布均匀性很好了，如果温度分布均匀性差的话，误差就很大了，这个很好理解。

图5ε取值过大的结果

说明                                                                

以上的计算结果还没有收敛，只是迭代了几步，但是对于我们分析的问题没有影响。文末附上相关的UDF代码，我就不一一解释了，相信读者可以很容易理解的。以上的思路希望对读者有所启发，如果您觉得不错，可以点个赞~~~

附录 本案例使用的UDF代码                                            

#include "udf.h"#include "prop.h"DEFINE_SOURCE(ptemperature,c,t,dS,eqn){real x[ND_ND];real xx;real yy;real source=0.0;real tp=0;C_CENTROID(x,c,t);xx=x[0];yy=x[1];if(sqrt(pow(xx-0.5,2)+pow(yy-0.1,2))<=0.05) C_UDMI(c,t,0)=C_T(c,t)-273.15;dS[eqn]=0;return source;}DEFINE_ADJUST(ptcal,d){Thread *t;cell_t c;real x[ND_ND];real xx;real yy;real sumtp=0;real tpm=0;real count=0;thread_loop_c (t,d){begin_c_loop (c,t){C_CENTROID(x,c,t);xx=x[0];yy=x[1];if(sqrt(pow(xx-0.5,2)+pow(yy-0.1,2))<=0.05){sumtp+=C_UDMI(c,t,0)*C_VOLUME(c,t);count+=C_VOLUME(c,t);}}end_c_loop (c,t)}tpm=sumtp/count;printf(" the garget sumtemperature is %f ",sumtp);printf(" the garget volume is %f ",count);printf(" the garget point temperature is %f ",tpm);}