OpenFOAM中实现UDF(User Defined Function)的方法

OpenFOAM中实现UDF(User Defined Function)的方法

OpenFOAM提供了几种方式来实现用户自定义函数(UDF)，以下是主要的实现方法及其示例：

1. 通过表达式(expressions)实现

OpenFOAM v1912及以后版本引入了expressions功能，允许在字典文件中直接使用数学表达式。

示例 - 在0/U文件中定义速度场：

inlet
{type            fixedValue;value           ${vectorField res(this->size());// 自定义函数: 抛物线速度剖面forAll(res, i) {scalar y = this->patch().Cf()[i].y();scalar h = 0.1;  // 通道高度的一半res[i] = vector(1.5*(1 - pow(y/h, 2)), 0, 0);}return res;$};
}

2. 通过coded边界条件或源项

使用coded类型可以在运行时编译并加载自定义代码。

示例 - coded边界条件：

inlet
{type            codedFixedValue;value           uniform (1 0 0);name            myInletProfile;code#{const vectorField& Cf = this->patch().Cf();vectorField::operator=(1.5*(1 - pow(Cf.component(1)/0.1, 2))*vector(1, 0, 0));#};
}

3. 通过编写自定义函数对象

创建继承自functionObject的类实现自定义功能。

示例步骤：

1. 创建文件userDefinedFunctionObject.H和userDefinedFunctionObject.C
2. 内容如下：

// userDefinedFunctionObject.H
class userDefinedFunctionObject : public functionObject {// 类定义public:// 构造函数等virtual bool execute();
};// userDefinedFunctionObject.C
bool userDefinedFunctionObject::execute() {// 获取速度场const volVectorField& U = mesh_.lookupObject<volVectorField>("U");// 自定义计算scalar maxVel = max(mag(U)).value();Info << "Maximum velocity: " << maxVel << endl;return true;
}

然后在controlDict中激活：

functions
{myUDF{type            userDefinedFunctionObject;libs            ("libmyUDF.so");// 其他参数}
}

4. 通过自定义库

创建完整的共享库并链接到求解器。

示例步骤：

1. 创建目录结构：

   myUDF/
   ├── Make/
   │   ├── options
   │   └── files
   └── myUDF.C
   

2. myUDF.C内容：

#include "fvCFD.H"void myCustomFunction(const fvMesh& mesh) {// 实现自定义功能Info << "Executing custom function" << endl;
}extern "C" {void executeMyUDF(void* meshPtr) {const fvMesh& mesh = *reinterpret_cast<const fvMesh*>(meshPtr);myCustomFunction(mesh);}
}

3. 编译后在求解器中使用：

extern "C" void executeMyUDF(void*);// 在求解器中调用
executeMyUDF(&mesh);

5. 通过swak4Foam

swak4Foam是一个流行的OpenFOAM扩展，提供了更强大的表达式功能。

示例：

velocityInlet
{type            swakFixedValue;valueType       patch;expression      "vector(1.5*(1 - pow(pos().y()/0.1, 2)), 0, 0)";verbose         true;
}

选择建议

1. 简单表达式：使用内置的expressions或coded类型
2. 复杂功能：创建函数对象或自定义库
3. 需要灵活表达式：考虑swak4Foam

每种方法都有其适用场景，根据具体需求选择最合适的方式。