Fluent UDF【8】：編譯型UDF

UDF除了能夠以解釋的方式外，其還能夠以編譯的方式被Fluent加載。解釋型UDF只能使用部分C語言功能，而編譯型UDF則能夠全面使用C語言的全部功能。

1 編譯型UDF介紹

編譯型UDF的構建方式與ANSYS Fluent可執行文件自身的構建方式相同。在代碼構建過程當中，其利用一個名爲Makefile的腳本文件來調用C編譯器構建一個目標代碼庫。該對象庫與其編譯過程當中所使用的Fluent版本及計算機體系結構相關。所以，若改變了計算機操做系統或Fluent版本的話，UDF對象庫必須從新構建。UDF的編譯過程一般涉及到源代碼的編譯和加載兩個步驟。

編譯/構建過程須要一個或多個UDF的源文件（例如myudf.c），並將它們編譯成對象文件（例如myudf.o或myudf.obj），以後將其構建成一個「共享庫」 （例如，libudf.dll）與目標文件。

若是使用GUI方式編譯源文件，則當用戶單擊「Compiled UDF」對話框中的「Build」按鈕時，將執行編譯/構建過程。Fluent軟件將自動爲用戶基於在該會話期間運行的ANSYS Fluent的體系結構和版本（例如，hpux11 / 2d）構建用戶命名的共享庫（例如libudf），並存儲UDF對象文件。

若是使用TUI方式編譯源文件，則首先必須設置共享庫的目標文件夾，同時修更名爲Makefile的腳本文件以指定源參數，而後執行Makefile文件實現源代碼的編譯與構建。使用TUI方式編譯UDF具備容許從非ANSYS Fluent源派生的預編譯對象文件連接到ANSYS Fluent（連接非ANSYS Fluent源文件預編譯的對象文件）的諸多優勢，這些功能用GUI編譯沒法實現。
構建共享庫（使用TUI或GUI）後，將UDF庫加載到ANSYS Fluent中，而後再使用它。您可使用「Compiled UDFs」對話框中的「Load」按鈕來執行此操做。加載完成後，共享庫中包含的全部已編譯的UDF將在ANSYS Fluent的圖形對話框中變爲可見和可選。請注意，編譯的UDF顯示在ANSYS Fluent對話框中，相關聯的UDF庫名稱由兩個冒號（：:)分隔。例如，與名爲libudf的共享庫相關聯的名爲rrate的編譯UDF將出如今ANSYS Fluent對話框中，如rrate :: libudf。此名稱能夠區分解釋型UDF和編譯型UDF。

若是在加載UDF庫時寫入您的Case文件，則庫將與Case文件一塊兒保存，並在以後讀取該Case文件時自動加載。這種「動態加載」過程能夠節省用戶每次運行模擬時從新加載編譯庫的時間。

2 C編譯器

不論是使用GUI仍是使用TUI方式編譯UDF，都須要使用本機運行的操做系統以及C編譯器。大多數的Linux操做系統上都已經集成了C編譯器，可是若是是在Microsoft Windows系統上編譯UDF，則在編譯以前必須確保本機山剛已經安裝了MicroSoft Visual Studio。 對於Linux機器，ANSYS Fluent支持任意符合ANSI標準的C編譯器(如GCC)。
在進行UDF編譯以前，須要設置編譯環境，這一般能夠經過修改UDF.bat文件來實現。以下圖所示。

3 GUI方式編譯UDF

利用GUI方式編譯UDF源文件、構建共享庫以及加載UDF庫到Fluent中，能夠採用如下步驟。
注意:在Windows系統下編譯UDF，必須預先安裝Visual Studio。在安裝Visual Studio時，確保選擇安裝c++語言，這樣纔會安裝C編譯器。

• 確保要編譯的UDF源文件與cas和dat文件在同一工做路徑下。
• 讀取(或建立)case文件
• 打開Compiled UDFs對話框。可經過樹形菜單Parameters & Customization → User Defined Functions→Compiled...啓動該對話框。
  
• 在Compiled UDF對話框中點擊按鈕Add...添加源文件和頭文件
• 在Library Name後的文本框中輸入共享庫的名稱，以後點擊Build按鈕構建共享庫。其間會彈出以下圖所示的提示對話框。
  
  能夠選擇無視，點擊OK按鈕繼續。
  編譯完成後會在TUI窗口出現如圖所示的對話框。仔細檢查提示信息，沒有出現error則表示編譯成功。圖中出現有亂碼，不知道是從Fluent哪一個版本開始就出現這種狀況。其實能夠不用管。
  

• 點擊Load按鈕加載UDF
  若是沒有錯誤的話，加載完housing會在TUI窗口中出現以下圖所示的對話框，其中會顯示UDF宏名稱。以下圖中所示的velocity和domainInit。
  

  4 TUI方式編譯UDF

  除了能夠利用圖形界面編譯UDF外，Fluent還提供了利用TUI命令的方式編譯UDF。利用TUI方式進行編譯，可以容許用戶調用一些非Fluent源文件以外的庫文件。
  使用TUI進行編譯，一般首先須要建立好文件目錄結構，以後編輯Makefile文件，利用makefile文件編譯源文件。

windows系統與Linux系統的編譯方式有些不一樣，這裏主要描述Windows下的構建過程，linux系統後面再說。

4.1 建立文件目錄結構

在windows系統中編譯UDF，須要兩個文件makefile_nt.udf與user_nt.udf。特別重要的是在user_nt.udf文件中指定源文件編譯參數。構建文件目錄結構採用如下步驟：

• 在當前工做目錄下，建立新的文件夾存儲UDF庫。（例如建立文件夾libudf）
• 在libudf文件夾下建立新的文件夾，命名爲src
• 將全部UDF源文件放入src文件夾中
• 在libudf文件夾下建立架構文件夾。如64bit windows操做系統，則建立win64文件夾（路徑libudf\win64）。
• 在架構文件（libudf\win64）下建立Fluent版本文件夾。如單精度2d版本則建立文件夾2d。一些版本信息以下表所示。

版本信息	文件夾名字
單精度2d	2d
當精度3d	3d
雙精度2d	2ddp
雙精度3d	3ddp
單精度並行2d	2d_node及2d_host
單精度並行3d	3d_node及3d_host
雙精度並行2d	2ddp_node及2ddp_host
雙精度並行3d	3ddp_node及3ddp_host

注意：在編譯並行UDF時，須要建立兩個版本文件夾。

• 從Fluent安裝路徑中（如c:\ANSYS Inc\v180\fluent\fluent18.0.0\src\udf)拷貝文件user_nt.udf到全部的版本子文件夾中（如libudf\win64\3d）
• 從Fluent安裝路徑中（如c:\ANSYS Inc\v180\fluent\fluent18.0.0\src\udf)拷貝文件makefile_nt.udf到全部的版本子文件夾中（如libudf\win64\3d），並更名爲makefile

注意：若在Fluent外部編譯UDF，則須要添加環境變量FLUENT_INC、FLUENT_ARCH到user_nt.udf文件中

Linux環境下的文件目錄設置與此有些許差別。

4.2 編譯文件

當文件目錄設置完畢而且全部文件已經放置到指定位置後，就能夠利用TUI來編譯及構建UDF共享庫了。

在windows系統中，採用如下步驟：

• 修改user_nt.udf文件。修改文件中的三個參數：CSOURCES、HSOURCES、VERSION以及PARALLEL_NODE

udf_nt.udf文件內容相似下圖所示。

CSOURCES=：指定要編譯的UDF源文件。在全部文件名前面加上前綴$(SRC)。（多個文件能夠連着寫，如`$(SRC)udfexample1.c $(SRC)udfexample2.c）

HSOURCES=：指定要編譯的UDF頭文件。一樣在全部文件名前面加上$(SRC)前綴。（多個文件能夠連着寫，如`$(SRC)udfexample1.h $(SRC)udfexample2.h）

VERSION=：運行的求解器版本信息，與user_nt.udf文件所在文件夾保持一致。（(2d, 3d, 2ddp, 3ddp, 2d_host, 2d_node, 3d_host, 3d_node, 2ddp_host, 2ddp_node, 3ddp_host, or 3ddp_node)。

PARALLEL_NODE=指定並行通信庫。指定爲None表示採用串行，其餘並行包括：ibmmpi（利用IBM MPI並行）、intel(利用intel MPI並行)以及msmpi（利用微軟MPI）。在並行計算中須要同時設置host及node文件夾下的user_nt.udf文件。

• 利用Visual Studio命令行界面進入每個版本文件夾（如libudf\win64\2d），輸入nmake執行編譯操做。若編譯存在問題，能夠在修改源文件後經過執行nmake clean及nmake從新編譯。

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