五十七、Fluent UDF自定义材料物性参数
1. 材料属性的设置
有两种方式可以自定义材料的属性参数，第一种材料下拉框选择，第二种UDF自定义函数。
我们这次主要介绍第二种方式，通过UDF的方式自定义材料属性。之前有两篇文章介绍过UDF的基础和UDF DEFINE _PROFILE宏
自定义材料属性的define宏主要是DEFINE_PROPERTY，除此之外如果需要定义扩散系数，还需要使用DEFINE_DIFFUSIVITY宏。
扩散系数一般是打开组分输运方程，或者使用UDS才需要定义。
2. DEFINE_PROPERTY宏的用法
我们详细说说DEFINE_PROPERTY宏的使用，同时给出几个例子
2.1 物性参数
DEFINE_PROPERTY宏可以定义的物性参数如下：
• density (as a function of temperature)：密度
• viscosity：粘度
• thermal conductivity：导热系数
• absorption and scattering coefficients：吸收系数和散射系数
• laminar flame speed：层流火焰速度
• rate of strain：应变率
• frictional modulus (Eulerian model)：摩擦模量
• elasticity modulus (Eulerian model)：弹性模量
• heat transfer coefficient (Mixture model)：传热系数
• particle or droplet diameter (Mixture model)：液滴直径
······················
注：
a. DEFINE_PROPERTY宏可定义大多数的物性参数，上面只是列举出一部分。当需要定义物性参数时，首选DEFINE_PROPERTY宏
b. 扩散系数需要使用DEFINE_DIFFUSIVITY宏定义
c. 比热容需要使用DEFINE_SPECIFIC_HEAT宏定义
2.2 DEFINE_PROPERTY的用法
DEFINE_PROPERTY (name, c, t)
name：udf的名字，随便起，只要符合c语言变量命名规则即可。比如Ergouzi，xiaoerhua。建议取表示物性的单词作为名字density、viscosity等
c：网格变量cell，返回网格的编号值。其实就是一个整数，看过Fluent UDF为所欲为的后门这篇文章的应该印象深刻些
t：线程thread，是一个结构体，包含一些列cell、face等。
返回值return：real类型，返回物性参数值
注：
a. c和t都是这个宏从fluent中取出来给用户使用的，不需要任何的定义，直接可以使用c和t
b. 由于DEFINE_PROPERTY 宏已经给用户传递了c和t，因此使用这个宏不需要遍历thread，也不需要遍历网格。也就是说不需要使用loop宏，直接对c进行操作即可。
c. 与之相对的，如DEFINE_ADJUST宏，没有传递c和t，因此必须要先遍历thread或者查找thread，然后再遍历网格。
3. DEFINE_PROPERTY示例
3.1 粘度定义
定义粘度viscosity，当温度大于288K，粘度等于5.5e-3；当温度小于286K，粘度等于1.0；否则粘度等于温度T的函数。
UDF代码如下:
#include "udf.h"
DEFINE_PROPERTY(cell_viscosity,c,t)
{
real mu_lam;
real temp = C_T(c,t);
if (temp > 288.)
mu_lam = 5.5e-3;
else if (temp > 286.)
mu_lam = 143.2135 - 0.49725 * temp;
else
mu_lam = 1.;
return mu_lam;
}
解释一下：
real mu_lam;
//声明了一个real变量，其实就是c语言的float类型，只不过real可以自动改变单精度还是双精度。mu_lam是变量名称，可随意命名。
real temp = C_T(c,t);
//声明了一个real变量，并且赋值。temp即变量名，使用C_T宏给其赋值。
//C_T宏用于获取网格温度，括号中的c和t即是DEFINE_PROPERTY(cell_viscosity,c,t)中的c和t。两者必须一致，要改都改。
if (temp > 288.)
mu_lam = 5.5e-3;
else if (temp > 286.)
mu_lam = 143.2135 - 0.49725 * temp;
else
mu_lam = 1.;
//if else语句，根据温度值来确定粘度值。288.为什么要加一个点，如果不加点则表示整型，加点表示浮点型，其实就是288.0。如果不是整型，即使是整数最好也要写成小数形式，否则会出现一些很难察觉到的错误。
return mu_lam;
//返回mu_lam值，这个值会自动传递给Fluent的物性参数，对于DEFINE_PROPERTY宏，必须要有返回值，返回就是自己设置的物性参数。
3.2 表面张力系数定义
表面张力系数定义为温度的函数，sur_ten=1.35 - 0.004*T + 5.0e-6*T*T
UDF代码如下：
#include "udf.h"
DEFINE_PROPERTY(sfc,c,t)
{
real T = C_T(c,t);
return 1.35 - 0.004*T + 5.0e-6*T*T;
}
直接以表达式的形式返回物性参数
3.3 密度和时间相关
这里仅仅是演示，实际上我们的物性更多是和压力温度有关，和时间没有关系。这里为了说明UDF的灵活性，简单演示。
假设当流动时间小于1s，密度为1000kg/m3；流动时间大于等于1s，密度为1kg/m3。
UDF代码如下：
#include "udf.h"
DEFINE_PROPERTY(den_time,c,t)
{
real density;
real current_time;
current_time = CURRENT_TIME;
if(current_time<1.0)
{
density=1000.0;
}
else
{
density=1.;
}
return density;
}
逻辑很简单，这里只说明一点。
current_time = CURRENT_TIME;
//CURRENT_TIME是fluent中的一个宏，也可以认为是一个变量，返回当前的流动时间。
4. UDF的编译与加载
两种UDF编译的方式，参考文章四十九、Fluent UDF编译正确的流程。可分为Interpreted和Compiled。
对于解释型Interpreted，优点是简单、方便，缺点是很多高级宏不适用。因此建议大家不要使用解释型编译UDF。
这里还是简单说一下，下图为解释型界面，直接点击Browse，选中写好的UDF，然后点击Interpret即可。如果UDF没问题，则不会出现报错信息。
编译型UDF界面如下图，上面有两个框Source Files和Header Files，Source Files表示源文件，就是编写好的UDF文件；
Header Files表示头文件，只有当UDF很复杂，为了使UDF模块化才需要从这里导入头文件。UDF自带了很多头文件如udf.h，但是这些头文件不需要从这里导入。
首先点击Add，选中编写好的UDF后导入，然后点击Build，如果UDF没有问题，则不会出现任何报错信息（只要控制界面有error，则说明有问题）。
在没有报错的前提下，点击Load，则UDF加载成功。关于UDF报错问题，建议大家看看文章四十九、五十和五十一。如果没有报错，控制台应该会显示下面的信息，其中就有各种DEFINE宏的name
5. UDF的使用
不同的DEFINE宏，UDF的使用方式不同。对于DEFINE_PROPERTY宏，定义材料的物性参数。因此使用时，直接在材料物性界面选中即可
Materials--Fluid--air
比如需要修改air的粘度，在Viscosity处选择user-defined，会弹出右图，然后选中DEFINE的name就行，点击OK。
