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在Fluent中使用Python脚本实现UDF并访问场数据和网格数据

news 来源：原创 2025/5/7 8:21:58

在Fluent中使用Python脚本实现UDF并访问场数据和网格数据

Fluent软件允许用户通过用户定义函数(UDF)来扩展其功能。虽然传统的UDF是用C语言编写的，但较新版本的Fluent也支持通过Python脚本来实现类似功能。

基本方法

要在Fluent中使用Python实现UDF，主要有两种方式：

通过Fluent的Scheme接口调用Python脚本
使用Fluent的Python API (从2020R1版本开始引入)

示例1：通过Scheme调用Python脚本

; 在Fluent的控制台或journal文件中
(rp-exec "python-exec" "your_script.py")

然后在your_script.py中，你可以通过Fluent的文本界面交互来获取数据。

示例2：使用Fluent Python API (推荐)

Fluent提供了更直接的Python API来访问数据和网格信息。以下是一个完整的示例：

# 导入必要的模块
import ansys.fluent.core as pyfluent
import numpy as np# 连接到Fluent会话
session = pyfluent.launch_fluent(mode="solver")# 获取求解器对象
solver = session.solver# 启用Python UDF环境
solver.udf.enable_python_udf = True# 示例1：读取温度场数据
def get_temperature_field():# 获取温度场对象temp_field = solver.field.get_field("temperature")# 获取所有节点的温度值node_values = temp_field.get_node_values()# 获取网格信息mesh = solver.mesh# 获取节点坐标nodes = mesh.get_node_coordinates()# 打印前10个节点的温度和坐标for i in range(10):print(f"Node {i}: Position {nodes[i]}, Temperature {node_values[i]}K")return node_values, nodes# 示例2：修改边界条件
def set_boundary_velocity(boundary_name, velocity):# 获取边界条件对象bc = solver.boundary_conditions# 设置速度边界条件bc.velocity_inlet[boundary_name].vmag = velocityprint(f"Set velocity of {boundary_name} to {velocity} m/s")# 示例3：自定义源项
def add_custom_source_term():# 获取网格信息mesh = solver.mesh# 获取单元中心坐标cell_centers = mesh.get_cell_centers()# 创建自定义源项数组source_term = np.zeros(len(cell_centers))# 根据位置设置源项值（示例：在x>0.5的区域添加源项）for i, center in enumerate(cell_centers):if center[0] > 0.5:source_term[i] = 100.0  # 源项值# 将源项应用到求解器solver.udf.apply_source_term("energy", source_term)print("Custom source term applied to energy equation")# 调用示例函数
temps, nodes = get_temperature_field()
set_boundary_velocity("inlet", 10.0)
add_custom_source_term()

示例3：访问和修改场数据的更详细示例

import ansys.fluent.core as pyfluent# 连接到Fluent
session = pyfluent.launch_fluent(mode="solver")
solver = session.solver# 获取场数据
def analyze_flow_field():# 获取速度场velocity_field = solver.field.get_field("velocity")velocity_values = velocity_field.get_cell_values()# 获取压力场pressure_field = solver.field.get_field("pressure")pressure_values = pressure_field.get_cell_values()# 获取网格信息mesh = solver.meshcell_centers = mesh.get_cell_centers()cell_volumes = mesh.get_cell_volumes()# 计算平均速度avg_velocity = np.mean(np.linalg.norm(velocity_values, axis=1))print(f"Average velocity magnitude: {avg_velocity:.2f} m/s")# 计算总压降inlet_pressure = pressure_values[0]  # 简化示例outlet_pressure = pressure_values[-1]  # 简化示例pressure_drop = inlet_pressure - outlet_pressureprint(f"Pressure drop: {pressure_drop:.2f} Pa")# 找出最高温度区域temp_field = solver.field.get_field("temperature")temp_values = temp_field.get_cell_values()max_temp_idx = np.argmax(temp_values)max_temp_loc = cell_centers[max_temp_idx]print(f"Max temperature {np.max(temp_values):.2f}K at location {max_temp_loc}")analyze_flow_field()

示例4：动态修改边界条件

import timedef dynamic_bc_simulation():# 设置时间步长和总时间dt = 0.1total_time = 10.0current_time = 0.0while current_time < total_time:# 根据时间计算新的速度值new_velocity = 5.0 + 2.0 * np.sin(current_time)# 更新边界条件solver.boundary_conditions.velocity_inlet["inlet"].vmag = new_velocity# 迭代几步solver.run_calculation.iterate(iter_count=5)# 获取当前最大温度temp_values = solver.field.get_field("temperature").get_cell_values()max_temp = np.max(temp_values)print(f"Time {current_time:.1f}s: Velocity={new_velocity:.2f}, Max Temp={max_temp:.2f}K")# 更新时间current_time += dttime.sleep(0.1)  # 防止过快循环dynamic_bc_simulation()