2.2　編譯型UDF

編譯型UDF的構(gòu)建方式與ANSYS Fluent可執(zhí)行文件自身的構(gòu)建方式相同。在代碼構(gòu)建過程中，其利用一個(gè)名為Makefile的腳本文件來調(diào)用C編譯器構(gòu)建一個(gè)目標(biāo)代碼庫。該對(duì)象庫與其編譯過程中所使用的Fluent版本及計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)相關(guān)。因此，若改變了計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)或Fluent版本，UDF對(duì)象庫必須重新構(gòu)建。UDF的編譯過程通常涉及源代碼的編譯和加載兩個(gè)步驟。

編譯/構(gòu)建過程需要一個(gè)或多個(gè)UDF的源文件（例如myudf.c），并將它們編譯成對(duì)象文件（例如myudf.o或myudf.obj），之后將其構(gòu)建成一個(gè)共享庫（例如libudf.dll）與目標(biāo)文件。

如果使用GUI方式編譯源文件，則當(dāng)用戶單擊“Compiled UDF”對(duì)話框中的“Build”按鈕時(shí)，將執(zhí)行編譯/構(gòu)建過程。Fluent軟件將自動(dòng)為用戶基于在該會(huì)話期間運(yùn)行的ANSYS Fluent的體系結(jié)構(gòu)和版本（例如hpux11/2d）構(gòu)建用戶命名的共享庫（例如libudf），并存儲(chǔ)UDF對(duì)象文件。

如果使用TUI方式編譯源文件，則首先必須設(shè)置共享庫的目標(biāo)文件夾，同時(shí)修改名為Makefile的腳本文件以指定源參數(shù)，然后執(zhí)行Makefile文件實(shí)現(xiàn)源代碼的編譯與構(gòu)建。使用TUI方式編譯UDF具有允許從非ANSYS Fluent源文件派生的預(yù)處理對(duì)象文件鏈接到ANSYS Fluent的諸多優(yōu)點(diǎn)，這些功能用GUI編譯無法實(shí)現(xiàn)。

構(gòu)建共享庫（使用TUI或GUI）后，將UDF庫加載到ANSYS Fluent中，然后再使用它。可以使用“Compiled UDFs”對(duì)話框中的“Load”按鈕來執(zhí)行此操作。加載完成后，共享庫中包含的所有已編譯的UDF將在ANSYS Fluent的圖形對(duì)話框中變?yōu)榭梢姾涂蛇x。

如果在加載UDF庫時(shí)寫入case文件，則庫將與case文件一起保存，并在之后讀取該case 文件時(shí)自動(dòng)加載。這種“動(dòng)態(tài)加載”過程可以節(jié)省用戶每次運(yùn)行模擬時(shí)重新加載編譯庫的時(shí)間。

2.2.1　C編譯器

不管是使用GUI還是使用TUI方式編譯UDF，都需要使用本機(jī)運(yùn)行的操作系統(tǒng)以及C編譯器。大多數(shù)的Linux操作系統(tǒng)上都已經(jīng)集成了C編譯器，但是如果是在Microsoft Windows系統(tǒng)上編譯UDF，則在編譯之前必須確保本機(jī)上已經(jīng)安裝了MicroSoft Visual Studio。對(duì)于Linux機(jī)器，ANSYS Fluent支持任意符合ANSI標(biāo)準(zhǔn)的C編譯器（如GCC）。

在進(jìn)行UDF編譯之前，需要設(shè)置編譯環(huán)境，這通常可以通過修改UDF.bat文件來實(shí)現(xiàn)。如圖2-3所示。

2.2.2　GUI方式編譯UDF

利用GUI方式編譯UDF源文件、構(gòu)建共享庫以及加載UDF庫到Fluent中，可以采用以下步驟。

步驟1：確保要編譯的UDF源文件與cas和dat文件在同一工作路徑下。

步驟2：讀取（或創(chuàng)建）case文件。

步驟3：打開Compiled UDFs對(duì)話框，如圖2-4所示。可通過樹形菜單Parameters & Customization→User Defined Functions→Compiled...啟動(dòng)該對(duì)話框。

步驟4：在Compiled UDF對(duì)話框中點(diǎn)擊按鈕Add...添加源文件和頭文件。

步驟5：在Library Name后的文本框中輸入共享庫的名稱，之后點(diǎn)擊Build按鈕構(gòu)建共享庫。其間會(huì)彈出如圖2-5所示的提示對(duì)話框。可以選擇無視，點(diǎn)擊OK按鈕繼續(xù)。

編譯完成后會(huì)在TUI窗口出現(xiàn)如圖2-6所示的對(duì)話框。仔細(xì)檢查提示信息，沒有出現(xiàn)error則表示編譯成功。圖中出現(xiàn)有亂碼，不知道是從Fluent哪個(gè)版本開始就出現(xiàn)這種情況，可以不用管。

步驟6：點(diǎn)擊Load按鈕加載UDF。如果沒有錯(cuò)誤，加載完housing會(huì)在TUI窗口中出現(xiàn)如圖2-7所示的對(duì)話框，其中會(huì)顯示UDF宏名稱，如圖中所示的velocity和domainInit。

2.2.3　命令行方式編譯UDF

除了可以利用圖形界面編譯UDF外，F(xiàn)luent還提供了利用命令行命令的方式編譯UDF。利用命令行方式進(jìn)行編譯，能夠允許用戶調(diào)用一些非Fluent源文件之外的庫文件。采用該方式編譯UDF，通常首先需要?jiǎng)?chuàng)建好文件目錄結(jié)構(gòu)，之后編輯makefile文件，利用makefile文件編譯源文件。

（1）創(chuàng)建文件目錄結(jié)構(gòu)

在Windows系統(tǒng)中編譯UDF，需要兩個(gè)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(shù)。構(gòu)建文件目錄結(jié)構(gòu)采用以下步驟：

步驟1：在當(dāng)前工作目錄下，創(chuàng)建新的文件夾存儲(chǔ)UDF庫，例如創(chuàng)建文件夾libudf。

步驟2：在libudf文件夾下創(chuàng)建新的文件夾，命名為src。

步驟3：將所有UDF源文件放入src文件夾中。

步驟4：在libudf文件夾下創(chuàng)建架構(gòu)文件夾。如64bit Windows操作系統(tǒng)，則創(chuàng)建win64文件夾，路徑為libudf\win64。

步驟5：在架構(gòu)文件（libudf\win64）下創(chuàng)建Fluent版本文件夾。如是單精度2d版本，則創(chuàng)建文件夾2d。一些版本信息如表2-1所示。文件路徑如圖2-8所示。

表2-1　版本及對(duì)應(yīng)的文件夾

步驟6：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到所有的版本子文件夾中（如libudf\win64\3d）。

步驟7：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到所有的版本子文件夾中（如libudf\win64\3d），并改名為makefile。

Linux環(huán)境下的文件目錄設(shè)置與此有些許差異。

（2）編譯文件

當(dāng)文件目錄設(shè)置完畢并且所有文件已經(jīng)放置到指定位置后，就可以利用TUI來編譯及構(gòu)建UDF共享庫。在Windows系統(tǒng)中，采用以下步驟：

步驟1：修改user_nt.udf文件。修改文件中的四個(gè)參數(shù)：CSOURCES、HSOURCES、VERSION以及PARALLEL_NODE。user_nt.udf文件內(nèi)容類似圖2-9所示。

CSOURCES=：指定要編譯的UDF源文件。在所有文件名前面加上前綴$(SRC)。多個(gè)文件可以連著寫，如“(SRC)udfexample1.c(SRC)udfexample2.c”。

HSOURCES=：指定要編譯的UDF頭文件。同樣在所有文件名前面加上$(SRC)前綴。多個(gè)文件可以連著寫，如“(SRC)udfexample1.h(SRC)udfexample2.h”。

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

PARALLEL_NODE=：指定并行通信庫。指定為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（利用微軟MPI）。在并行計(jì)算中需要同時(shí)設(shè)置host及node文件夾下的user_nt.udf文件。

步驟2：利用Visual Studio命令行界面進(jìn)入每一個(gè)版本文件夾（如libudf\win64\2d），輸入nmake執(zhí)行編譯操作。若編譯存在問題，可以在修改源文件后通過執(zhí)行nmake clean及nmake重新編譯。

2.2.4　GCC方式編譯UDF

（1）下載并安裝GCC

Fluent UDF編譯之所以需要依賴Visual Studio，主要原因是因?yàn)镕luent并未內(nèi)置任何C編譯器。當(dāng)前用于C/C++的編譯器較多，除了微軟的MSVC（就是集成在Visual Studio中的編譯器），比較有名的還有GCC/G++（基于GNU的C/C++編譯器，在Linux系統(tǒng)下很流行）、ICC（Intel的C/C++編譯器，針對(duì)Intel體系有特別優(yōu)化）、Clang（近幾年風(fēng)頭很火的C/C++編譯器，基于BSD協(xié)議）、IBM XL C++（IBM的編譯器，在IBM硬件及平臺(tái)上表現(xiàn)優(yōu)異）等。

Fluent UDF實(shí)質(zhì)上也是一段完整的C代碼，編譯型UDF需要利用編譯器將這段代碼編譯成動(dòng)態(tài)鏈接庫（.dll），方便在運(yùn)行時(shí)加載。因此理論上來說任何一款完善的C/C++編譯器都可以勝任這項(xiàng)工作。

GCC是Linux的主力C/C++編譯工具，在Windows系統(tǒng)下也有一些基于GCC的編譯工具，比較典型的如MinGW、MinGW-win64及TDM-GCC等。

下面描述采用TDM-GCC作為Fluent UDF編譯器的基本過程。

進(jìn)入TDM-GCC官網(wǎng)下載軟件。根據(jù)操作系統(tǒng)選擇不同版本的tdm-gcc進(jìn)行下載，見圖2-10。本書下載tdm64-gcc-5.1.0-2.exe。

TDM-GCC的安裝較為簡(jiǎn)單，雙擊后一路Next即可。

安裝完畢后，可打開命令提示符窗口或PowerShell，在其中輸入g++，若顯示如圖2-11所示信息，表示安裝成功。若出現(xiàn)g++不是內(nèi)部或外部命令之類的提示，則表示未安裝好，此時(shí)可能需要將TDM-GCC的安裝路徑添加到環(huán)境變量Path中。

在TDM-GCC安裝文件夾中找到可執(zhí)行文件gendef.exe所在路徑，如本機(jī)安裝路徑為D：\TDM-GCC-64\x86_64-w64-mingw32\bin，將該路徑添加到環(huán)境變量的Path中，如圖2.12所示。

（2）生成庫文件

① 命令行中利用cd命令進(jìn)入到Fluent的庫文件目錄。這些文件夾包含C：\Program Files\ANSYS Inc\v201\fluent\fluent20.1.0\win64\下的所有文件夾以及C：\Program Files\ANSYS Inc\v201\fluent\fluent20.1.0\multiport\win64下的所有文件夾。

這些文件夾如下：

C：\Program Files\ANSYS Inc\V201\fluent\fluent20.1.0\win64\2d
C：\Program Files\ANSYS Inc\V201\fluent\fluent20.1.0\win64\2d_host
C：\Program Files\ANSYS Inc\V201\fluent\fluent20.1.0\win64\2d_node
C：\Program Files\ANSYS Inc\V201\fluent\fluent20.1.0\win64\2ddp
C：\Program Files\ANSYS Inc\V201\fluent\fluent20.1.0\win64\2ddp_host
C：\Program Files\ANSYS Inc\V201\fluent\fluent20.1.0\win64\2ddp_node
C：\Program Files\ANSYS Inc\V201\fluent\fluent20.1.0\win64\3d
C：\Program Files\ANSYS Inc\V201\fluent\fluent20.1.0\win64\3d_host
C：\Program Files\ANSYS Inc\V201\fluent\fluent20.1.0\win64\3d_node
C：\Program Files\ANSYS Inc\V201\fluent\fluent20.1.0\win64\3ddp
C：\Program Files\ANSYS Inc\V201\fluent\fluent20.1.0\win64\3ddp_host
C：\Program Files\ANSYS Inc\V201\fluent\fluent20.1.0\win64\3ddp_node
C：\Program Files\ANSYS Inc\V201\fluent\fluent20.1.0\multiport\win64\mpi\shared
C：\Program Files\ANSYS Inc\V201\fluent\fluent20.1.0\multiport\win64\net\shared

以2d文件夾為例，利用以下命令生成def文件：

cd ”C：\Program Files\ANSYS Inc\v201\fluent\fluent20.1.0\win64\2d”
gendef fl2010.exe

然而有時(shí)候會(huì)出錯(cuò)，出現(xiàn)如圖2-13所示提示，主要原因在于文件權(quán)限所致。

解決權(quán)限問題后生成def文件如圖2-14所示。

② 運(yùn)行以下命令生成a文件，如圖2-15所示。

dlltool --dllname fl2010.exe --def fl2010.def --output-lib fl2010.a

此時(shí)2d文件夾下多出了一個(gè)文件名為fl2010.a的文件，如圖2-16所示。

③ 對(duì)win64文件夾中的所有子文件夾執(zhí)行上面的操作。確保所有win64文件夾中的子文件中均包含有def文件及a文件。

需要注意，對(duì)于以下文件目錄：

c：\Program Files\ANSYS Inc\v201\fluent\fluent20.1.0\win64\2d_node
c：\Program Files\ANSYS Inc\v201\fluent\fluent20.1.0\win64\2ddp_node
c：\Program Files\ANSYS Inc\v201\fluent\fluent20.1.0\win64\3d_node
c：\Program Files\ANSYS Inc\v201\fluent\fluent20.1.0\win64\3ddp_node

使用命令：

gendef fl_mpi2010.exe
dlltool --dllname fl_mpi2010.exe --def fl_mpi2010.def --output-lib fl_mpi2010.a

對(duì)于以下路徑：

c：\Program Files\ANSYS Inc\v201\fluent\fluent20.1.0\multiport\win64\mpi\shared
c：\Program Files\ANSYS Inc\v201\fluent\fluent20.1.0\multiport\win64\net\shared

使用命令：

gendef mport.dll
dlltool --dllname mport.dll --def mport.def --output-lib mport.a

（3）編譯UDF

編譯UDF所需的頭文件如下：

c：\Program Files\ANSYS Inc\v201\fluent\fluent20.1.0\win64\2d
c：\Program Files\ANSYS Inc\v201\fluent\fluent20.1.0\src\main
c：\ Program Files\ANSYS Inc\v201\fluent\fluent20.1.0\src\addon-wrapper
c：\Program Files\ANSYS Inc\v201\fluent\fluent20.1.0\src\io
c：\Program Files\ANSYS Inc\v201\fluent\fluent20.1.0\src\species
c：\Program Files\ANSYS Inc\v201\fluent\fluent20.1.0\src\pbns
c：\Program Files\ANSYS Inc\v201\fluent\fluent20.1.0\src\numerics
c：\Program Files\ANSYS Inc\v201\fluent\fluent20.1.0\src\sphysics
c：\Program Files\ANSYS Inc\v201\fluent\fluent20.1.0\src\storage
c：\Program Files\ANSYS Inc\v201\fluent\fluent20.1.0\src\mphase
c：\Program Files\ANSYS Inc\v201\fluent\fluent20.1.0\src\bc
c：\Program Files\ANSYS Inc\v201\fluent\fluent20.1.0\src\models
c：\Program Files\ANSYS Inc\v201\fluent\fluent20.1.0\src\material
c：\Program Files\ANSYS Inc\v201\fluent\fluent20.1.0\src\amg
c：\Program Files\ANSYS Inc\v201\fluent\fluent20.1.0\src\util
c：\Program Files\ANSYS Inc\v201\fluent\fluent20.1.0\src\mesh
c：\Program Files\ANSYS Inc\v201\fluent\fluent20.1.0\src\udf
c：\Program Files\ANSYS Inc\v201\fluent\fluent20.1.0\src\ht
c：\Program Files\ANSYS Inc\v201\fluent\fluent20.1.0\src\dx
c：\Program Files\ANSYS Inc\v201\fluent\fluent20.1.0\src\turbulence
c：\Program Files\ANSYS Inc\v201\fluent\fluent20.1.0\src\parallel
c：\Program Files\ANSYS Inc\v201\fluent\fluent20.1.0\src\etc
c：\Program Files\ANSYS Inc\v201\fluent\fluent20.1.0\src\ue
c：\Program Files\ANSYS Inc\v201\fluent\fluent20.1.0\src\dpm
c：\Program Files\ANSYS Inc\v201\fluent\fluent20.1.0\src\dbns
C：\Program Files\ANSYS Inc\v201\fluent\fluent20.1.0\src\acoustics
c：\Program Files\ANSYS Inc\v201\fluent\fluent20.1.0\cortex\src
c：\Program Files\ANSYS Inc\v201\fluent\fluent20.1.0\client\src
c：\Program Files\ANSYS Inc\v201\fluent\fluent20.1.0\tgrid\src
c：\Program Files\ANSYS Inc\v201\fluent\fluent20.1.0\multiport\src
c：\Program Files\ANSYS Inc\v201\fluent\fluent20.1.0\multiport\mpi_wrapper\src

進(jìn)入U(xiǎn)DF源代碼所在路徑，如E：\demo。執(zhí)行以下命令：

若要編譯并行版，則需要?jiǎng)?chuàng)建兩個(gè)文件夾，如2d并行版需要?jiǎng)?chuàng)建文件夾2d_host與2d_node。

編譯完成后在相應(yīng)文件夾中生成libudf.dll文件，如圖2-17所示。