2.2　编译型UDF

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，UDF对象库必须重新构建。UDF的编译过程通常涉及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源文件派生的预处理对象文件链接到ANSYS Fluent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。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。

如果在加载UDF库时写入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。

2.2.1　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上已经安装了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。如图2-3所示。

2.2.2　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。

步骤1：确保要编译的UDF源文件与cas和dat文件在同一工作路径下。

步骤2：读取（或创建）case文件。

步骤3：打开Compiled UDFs对话框，如图2-4所示。可通过树形菜单Parameters & Customization→User Defined Functions→Compiled...启动该对话框。

步骤4：在Compiled UDF对话框中点击按钮Add...添加源文件和头文件。

步骤5：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。其间会弹出如图2-5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2-6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，可以不用管。

步骤6：点击Load按钮加载UDF。如果没有错误，加载完housing会在TUI窗口中出现如图2-7所示的对话框，其中会显示UDF宏名称，如图中所示的velocity和domainInit。

2.2.3　命令行方式编译UDF

除了可以利用图形界面编译UDF外，Fluent还提供了利用命令行命令的方式编译UDF。利用命令行方式进行编译，能够允许用户调用一些非Fluent源文件之外的库文件。采用该方式编译UDF，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。

（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：

步骤1：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。

步骤2：在libudf文件夹下创建新的文件夹，命名为src。

步骤3：将所有UDF源文件放入src文件夹中。

步骤4：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，路径为libudf\win64。

步骤5：在架构文件（libudf\win64）下创建Fluent版本文件夹。如是单精度2d版本，则创建文件夹2d。一些版本信息如表2-1所示。文件路径如图2-8所示。

表2-1　版本及对应的文件夹

步骤6：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）。

步骤7：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。

Linux环境下的文件目录设置与此有些许差异。

（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。在Windows系统中，采用以下步骤：

步骤1：修改user_nt.udf文件。修改文件中的四个参数：CSOURCES、HSOURCES、VERSION以及PARALLEL_NODE。user_nt.udf文件内容类似图2-9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。可输入的版本信息包括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。

步骤2：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。

2.2.4　GCC方式编译UDF

（1）下载并安装GCC

Fluent UDF编译之所以需要依赖Visual Studio，主要原因是因为Fluent并未内置任何C编译器。当前用于C/C++的编译器较多，除了微软的MSVC（就是集成在Visual Studio中的编译器），比较有名的还有GCC/G++（基于GNU的C/C++编译器，在Linux系统下很流行）、ICC（Intel的C/C++编译器，针对Intel体系有特别优化）、Clang（近几年风头很火的C/C++编译器，基于BSD协议）、IBM XL C++（IBM的编译器，在IBM硬件及平台上表现优异）等。

Fluent UDF实质上也是一段完整的C代码，编译型UDF需要利用编译器将这段代码编译成动态链接库（.dll），方便在运行时加载。因此理论上来说任何一款完善的C/C++编译器都可以胜任这项工作。

GCC是Linux的主力C/C++编译工具，在Windows系统下也有一些基于GCC的编译工具，比较典型的如MinGW、MinGW-win64及TDM-GCC等。

下面描述采用TDM-GCC作为Fluent UDF编译器的基本过程。

进入TDM-GCC官网下载软件。根据操作系统选择不同版本的tdm-gcc进行下载，见图2-10。本书下载tdm64-gcc-5.1.0-2.exe。

TDM-GCC的安装较为简单，双击后一路Next即可。

安装完毕后，可打开命令提示符窗口或PowerShell，在其中输入g++，若显示如图2-11所示信息，表示安装成功。若出现g++不是内部或外部命令之类的提示，则表示未安装好，此时可能需要将TDM-GCC的安装路径添加到环境变量Path中。

在TDM-GCC安装文件夹中找到可执行文件gendef.exe所在路径，如本机安装路径为D：\TDM-GCC-64\x86_64-w64-mingw32\bin，将该路径添加到环境变量的Path中，如图2.12所示。

（2）生成库文件

① 命令行中利用cd命令进入到Fluent的库文件目录。这些文件夹包含C：\Program Files\ANSYS Inc\v201\fluent\fluent20.1.0\win64\下的所有文件夹以及C：\Program Files\ANSYS Inc\v201\fluent\fluent20.1.0\multiport\win64下的所有文件夹。

这些文件夹如下：

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文件夹为例，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

然而有时候会出错，出现如图2-13所示提示，主要原因在于文件权限所致。

解决权限问题后生成def文件如图2-14所示。

② 运行以下命令生成a文件，如图2-15所示。

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

此时2d文件夹下多出了一个文件名为fl2010.a的文件，如图2-16所示。

③ 对win64文件夹中的所有子文件夹执行上面的操作。确保所有win64文件夹中的子文件中均包含有def文件及a文件。

需要注意，对于以下文件目录：

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

对于以下路径：

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）编译UDF

编译UDF所需的头文件如下：

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

进入UDF源代码所在路径，如E：\demo。执行以下命令：

若要编译并行版，则需要创建两个文件夹，如2d并行版需要创建文件夹2d_host与2d_node。

编译完成后在相应文件夹中生成libudf.dll文件，如图2-17所示。