Fluent UDF【8】：编译型UDF

UDF除了可以以解释的方式外，其还可以以编译的方式被Fluent加载。解释型UDF只能使用部分C语言功能，而编译型UDF则可以全面使用C语言的所有功能。

1 编译型UDF介绍

编译型UDF的构建方式与ANSYS Fluent可执行文件自身的构建方式相同。在代码构建过程中，其利用一个名为Makefile的脚本文件来调用C编译器构建一个目标代码库。该对象库与其编译过程中所使用的Fluent版本及计算机体系结构相关。因此，若改变了计算机操作系统或Fluent版本的话，UDF对象库必须重新构建。UDF的编译过程通常涉及到源代码的编译和加载两个步骤。

编译/构建过程需要一个或多个UDF的源文件（例如myudf.c），并将它们编译成对象文件（例如myudf.o或myudf.obj），之后将其构建成一个“共享库” （例如，libudf.dll）与目标文件。

如果使用GUI方式编译源文件，则当用户单击“Compiled UDF”对话框中的“Build”按钮时，将执行编译/构建过程。Fluent软件将自动为用户基于在该会话期间运行的ANSYS Fluent的体系结构和版本（例如，hpux11 / 2d）构建用户命名的共享库（例如libudf），并存储UDF对象文件。

如果使用TUI方式编译源文件，则首先必须设置共享库的目标文件夹，同时修改名为Makefile的脚本文件以指定源参数，然后执行Makefile文件实现源代码的编译与构建。使用TUI方式编译UDF具有允许从非ANSYS Fluent源派生的预编译对象文件链接到ANSYS Fluent（链接非ANSYS Fluent源文件预编译的对象文件）的诸多优点，这些功能用GUI编译无法实现。
构建共享库（使用TUI或GUI）后，将UDF库加载到ANSYS Fluent中，然后再使用它。您可以使用“Compiled UDFs”对话框中的“Load”按钮来执行此操作。加载完成后，共享库中包含的所有已编译的UDF将在ANSYS Fluent的图形对话框中变为可见和可选。请注意，编译的UDF显示在ANSYS Fluent对话框中，相关联的UDF库名称由两个冒号（：:)分隔。例如，与名为libudf的共享库相关联的名为rrate的编译UDF将出现在ANSYS Fluent对话框中，如rrate :: libudf。此名称可以区分解释型UDF和编译型UDF。

如果在加载UDF库时写入您的Case文件，则库将与Case文件一起保存，并在之后读取该Case文件时自动加载。这种“动态加载”过程可以节省用户每次运行模拟时重新加载编译库的时间。

2 C编译器

不管是使用GUI还是使用TUI方式编译UDF，都需要使用本机运行的操作系统以及C编译器。大多数的Linux操作系统上都已经集成了C编译器，但是如果是在Microsoft Windows系统上编译UDF，则在编译之前必须确保本机山刚已经安装了MicroSoft Visual Studio。 对于Linux机器，ANSYS Fluent支持任意符合ANSI标准的C编译器(如GCC)。
在进行UDF编译之前，需要设置编译环境，这通常可以通过修改UDF.bat文件来实现。如下图所示。

3 GUI方式编译UDF

利用GUI方式编译UDF源文件、构建共享库以及加载UDF库到Fluent中，可以采用以下步骤。
注意:在Windows系统下编译UDF，必须预先安装Visual Studio。在安装Visual Studio时，确保选择安装c++语言，这样才会安装C编译器。

• 确保要编译的UDF源文件与cas和dat文件在同一工作路径下。
• 读取(或创建)case文件
• 打开Compiled UDFs对话框。可通过树形菜单Parameters & Customization → User Defined Functions→Compiled...启动该对话框。
  
• 在Compiled UDF对话框中点击按钮Add...添加源文件和头文件
• 在Library Name后的文本框中输入共享库的名称，之后点击Build按钮构建共享库。其间会弹出如下图所示的提示对话框。
  
  可以选择无视，点击OK按钮继续。
  编译完成后会在TUI窗口出现如图所示的对话框。仔细检查提示信息，没有出现error则表示编译成功。图中出现有乱码，不知道是从Fluent哪个版本开始就出现这种情况。其实可以不用管。
  
• 点击Load按钮加载UDF
  如果没有错误的话，加载完housing会在TUI窗口中出现如下图所示的对话框，其中会显示UDF宏名称。如下图中所示的velocity和domainInit。
  

4 TUI方式编译UDF

除了可以利用图形界面编译UDF外，Fluent还提供了利用TUI命令的方式编译UDF。利用TUI方式进行编译，能够允许用户调用一些非Fluent源文件之外的库文件。
使用TUI进行编译，通常首先需要创建好文件目录结构，之后编辑Makefile文件，利用makefile文件编译源文件。

windows系统与Linux系统的编译方式有些不同，这里主要描述Windows下的构建过程，linux系统后面再说。

4.1 创建文件目录结构

在windows系统中编译UDF，需要两个文件makefile_nt.udf与user_nt.udf。特别重要的是在user_nt.udf文件中指定源文件编译参数。构建文件目录结构采用以下步骤：

• 在当前工作目录下，创建新的文件夹存储UDF库。（例如创建文件夹libudf）
• 在libudf文件夹下创建新的文件夹，命名为src
• 将所有UDF源文件放入src文件夹中
• 在libudf文件夹下创建架构文件夹。如64bit windows操作系统，则创建win64文件夹（路径libudf\win64）。
• 在架构文件（libudf\win64）下创建Fluent版本文件夹。如单精度2d版本则创建文件夹2d。一些版本信息如下表所示。

版本信息	文件夹名字
单精度2d	2d
当精度3d	3d
双精度2d	2ddp
双精度3d	3ddp
单精度并行2d	2d_node及2d_host
单精度并行3d	3d_node及3d_host
双精度并行2d	2ddp_node及2ddp_host
双精度并行3d	3ddp_node及3ddp_host

注意：在编译并行UDF时，需要创建两个版本文件夹。

• 从Fluent安装路径中（如c:\ANSYS Inc\v180\fluent\fluent18.0.0\src\udf)拷贝文件user_nt.udf到所有的版本子文件夹中（如libudf\win64\3d）
• 从Fluent安装路径中（如c:\ANSYS Inc\v180\fluent\fluent18.0.0\src\udf)拷贝文件makefile_nt.udf到所有的版本子文件夹中（如libudf\win64\3d），并改名为makefile

注意：若在Fluent外部编译UDF，则需要添加环境变量FLUENT_INC、FLUENT_ARCH到user_nt.udf文件中

Linux环境下的文件目录设置与此有些许差异。

4.2 编译文件

当文件目录设置完毕并且所有文件已经放置到指定位置后，就可以利用TUI来编译及构建UDF共享库了。

在windows系统中，采用以下步骤：

• 修改user_nt.udf文件。修改文件中的三个参数：CSOURCES、HSOURCES、VERSION以及PARALLEL_NODE

udf_nt.udf文件内容类似下图所示。

CSOURCES=：指定要编译的UDF源文件。在所有文件名前面加上前缀$(SRC)。（多个文件可以连着写，如``$(SRC)udfexample1.c $(SRC)udfexample2.c`）

HSOURCES=：指定要编译的UDF头文件。同样在所有文件名前面加上$(SRC)前缀。（多个文件可以连着写，如``$(SRC)udfexample1.h $(SRC)udfexample2.h`）

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

PARALLEL_NODE=指定并行通讯库。指定为None表示采用串行，其他并行包括：ibmmpi（利用IBM MPI并行）、intel(利用intel MPI并行)以及msmpi（利用微软MPI）。在并行计算中需要同时设置host及node文件夹下的user_nt.udf文件。

• 利用Visual Studio命令行界面进入每一个版本文件夹（如libudf\win64\2d），输入nmake执行编译操作。若编译存在问题，可以在修改源文件后通过执行nmake clean及nmake重新编译。

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