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ANSYS Fluent二次开发之scheme_eval模块详解

创作时间:
作者:
@小白创作中心

ANSYS Fluent二次开发之scheme_eval模块详解

引用
CSDN
1.
https://m.blog.csdn.net/weixin_41194129/article/details/143667834

在ANSYS Fluent的二次开发中，scheme_eval 是Scheme编程语言中一个非常重要的模块，它允许用户执行动态的Scheme表达式和函数，从而扩展Fluent的功能。scheme_eval模块通常与Fluent的计算和自定义脚本操作紧密结合。下面我们会对这个模块进行详细的剖析，帮助你理解它的作用和用法。

1. scheme_eval 模块简介

scheme_eval 是Fluent提供的一个接口，允许用户通过Scheme语言对Fluent中的参数、变量和函数进行动态求值。这个功能通常用于：

  • 通过Scheme编程进行自定义计算。
  • 在Fluent求解过程中动态修改流场和物理属性。
  • 定义和执行复杂的数学计算、数据处理和后处理任务。

2. 基本语法

在Fluent的二次开发中，scheme_eval主要通过以下方式使用：

(scheme_eval <expression>)

其中，<expression>是需要在Fluent环境中执行的Scheme表达式。例如：

(scheme_eval '(+ 2 3))

这将返回结果5，因为它计算了表达式(+ 2 3)的值。

3. 复杂表达式的处理

scheme_eval不仅支持简单的数学运算，还可以处理更复杂的表达式，如变量和函数的定义与调用。例如，定义一个简单的函数：

(define (my-function x) (* x x))
(scheme_eval '(my-function 5))

这将返回结果25，因为my-function计算了5的平方。

4. 动态求值与Fluent对象

scheme_eval在Fluent的二次开发中最强大的地方是能够与Fluent中的各种对象进行交互。这包括：

  • 流场数据：可以通过scheme_eval动态获取流场数据，如速度、压力、温度等。
  • 物理属性：可以动态改变物理属性，例如湍流模型、边界条件等。
  • 求解过程控制：通过Scheme编程，用户可以在求解过程中动态修改求解控制参数，自动执行一些计算步骤，甚至基于实时数据进行自适应计算。

5. scheme_eval 与 Fluent 的交互示例

假设我们希望在求解过程中动态调整某个边界条件，可以通过scheme_eval来实现。例如：

(define (adjust-boundary-condition zone-name value)
  (let ((zone (lookup-zone zone-name)))
    (set! (boundary-condition-property zone 'temperature) value)))

(scheme_eval '(adjust-boundary-condition "inlet" 300.0))

这个示例首先定义了一个调整边界条件的函数adjust-boundary-condition，然后使用scheme_eval调用它，将入口边界的温度设置为300.0 K。

6. 与 Fluent 数据的交互

scheme_eval还可以用来获取Fluent中的计算数据，如场变量、物理量、或计算结果。示例如下：

(define (get-pressure-at-point x y z)
  (let ((pressure (get-pressure (list x y z))))
    pressure))
(scheme_eval '(get-pressure-at-point 1.0 2.0 3.0))

这个示例通过定义一个函数来获取某一点的压力，并用scheme_eval调用它，输入坐标(1.0, 2.0, 3.0)，返回该位置的压力值。

7. 使用 scheme_eval 进行批量计算

在实际工程中，我们常常需要对多个区域或多个时刻的数据进行批量计算。在Fluent中，可以通过scheme_eval来编写批量计算的脚本。例如，计算多个网格点的速度场数据并求平均：

(define (average-velocity points)
  (let ((total-velocity 0.0))
    (for-each (lambda (p)
                (set! total-velocity (+ total-velocity (get-velocity p))))
              points)
    (/ total-velocity (length points))))
(scheme_eval '(average-velocity '((1.0 2.0 3.0) (4.0 5.0 6.0) (7.0 8.0 9.0))))

这个脚本通过average-velocity函数，计算多个点的速度场平均值。

8. scheme_eval 的性能注意事项

虽然scheme_eval非常灵活，但它的执行效率可能不如C语言实现的直接调用。因此，尽量避免在求解的核心循环中频繁调用scheme_eval。而是可以在需要时调用一次，批量处理任务，或者将某些操作转化为Fluent内建的C函数进行高效计算。

scheme_eval模块是ANSYS Fluent二次开发中非常重要的工具，允许用户通过动态Scheme表达式对流体力学问题进行建模、计算和控制。掌握它的使用，能够大大扩展Fluent的功能和灵活性，特别是在自定义求解、后处理以及参数优化等方面。

如果有更具体的应用场景或代码实现需求，可以提供更详细的方案和示例。

API接口

在Fluent的二次开发中，scheme_eval模块通过gRPC服务提供了对Fluent Scheme代码的封装和访问能力。这使得用户能够使用Python接口来动态执行Fluent的Scheme代码，而无需直接编写Scheme脚本。以下是scheme_eval模块的详细解析和实际使用示例。

1. scheme_eval 模块概述

scheme_eval是Fluent中一个强大的接口模块，利用gRPC服务连接Python客户端和Fluent Server，允许用户通过Python程序：

  • 执行Scheme表达式
  • 调用Fluent的内置命令
  • 查询和设置Fluent的内部变量

该模块主要包含以下核心类和方法：

  • SchemeEval：用于执行Scheme表达式的主要类。
  • Symbol：表示Fluent中的Scheme符号。
  • SchemeEvalService：gRPC服务类，用于封装底层RPC调用。

2. SchemeEval 类的常用方法

方法名
功能描述
eval(val)
执行Scheme表达式，返回Python数据类型的值。
exec(commands)
执行Scheme命令序列，返回TUI输出字符串。
string_eval(input)
执行字符串格式的Scheme表达式，返回字符串结果。
scheme_eval(input)
执行字符串格式的Scheme表达式，返回Python值。
is_defined(symbol)
检查给定的Scheme符号是否定义。

3. 使用示例

示例 1：简单求值

首先导入Symbol类，并使用eval方法计算简单的数学表达式。

from ansys.fluent.core.services.scheme_eval import Symbol as S

## 计算 2 + 3
result = session.scheme_eval.eval([S('+'), 2, 3])
print(result) # 输出：5

示例 2：获取 Fluent 内部变量

通过eval方法调用Fluent的rpgetvar，获取Fluent中某个设置参数的值。

## 获取 'mom/relax' 的值
relaxation_factor = session.scheme_eval.eval([S('rpgetvar'), [S('string->symbol'), "mom/relax"]])
print(relaxation_factor) # 输出：0.7（假设为默认值）

示例 3：执行 Fluent TUI 命令

通过exec方法执行Fluent的TUI命令，并返回TUI的输出结果。

## 执行 TUI 命令 “/report/system/proc-stats”
tui_output = session.scheme_eval.exec(['(ti-menu-load-string "/report/system/proc-stats")'])
print(tui_output)

示例 4：使用 string_eval 执行 Scheme 表达式

string_eval方法接受字符串格式的Scheme表达式，并返回结果为字符串格式。

## 计算 (+ 2 3) 表达式
result = session.scheme_eval.string_eval("(+ 2 3)")
print(result) # 输出：‘5’

## 获取 ‘mom/relax’ 参数的值
relaxation_factor = session.scheme_eval.string_eval("(rpgetvar 'mom/relax)")
print(relaxation_factor) # 输出：‘0.7’

示例 5：检查符号是否定义

is_defined方法用于检查Scheme符号是否已经在Fluent环境中定义。

## 检查 ‘mom/relax’ 是否定义
is_defined = session.scheme_eval.is_defined('mom/relax')
print(is_defined) # 输出：True 或 False

4. Symbol 类解析

Symbol类用于表示Fluent中的Scheme符号。它可以将Python字符串转换为Scheme符号。例如：

from ansys.fluent.core.services.scheme_eval import Symbol as S

symbol = S('mom/relax')
print(symbol) # 输出：‘mom/relax’

在使用eval或其他方法时，通常需要将Python字符串转换为Scheme符号，避免字符串格式错误。

5. SchemeEvalService 类解析

SchemeEvalService是scheme_eval模块中底层的gRPC服务类，通常不直接使用，而是通过SchemeEval类进行封装调用。它提供以下方法：

  • eval(request)：执行Scheme表达式。
  • exec(request)：执行Scheme命令。
  • scheme_eval(request)：执行字符串格式的Scheme表达式。
  • string_eval(request)：执行字符串格式的Scheme表达式，并返回字符串结果。

这些方法与SchemeEval类的方法基本一致，只是在底层与gRPC服务进行直接交互。

6. 常见问题与性能优化

问题 1：eval 和 string_eval 的区别？

  • eval方法可以接受Python格式的表达式，并将其转换为Scheme表达式执行，返回Python数据类型的值。
  • string_eval方法则接受字符串格式的Scheme表达式，并返回字符串格式的结果。

问题 2：性能优化建议

由于gRPC调用具有一定的通信开销，频繁调用scheme_eval可能导致性能下降。建议在计算密集型任务中，尽量批量执行Scheme命令，或者将关键计算转移到Fluent内部完成。

scheme_eval模块为Fluent用户提供了强大的Python接口，能够通过gRPC服务执行Scheme表达式，实现复杂的自动化控制、后处理和定制化计算任务。通过该模块，用户可以轻松利用Python编程的优势，同时访问Fluent的强大功能。

如果你有更具体的需求或需要进一步的代码示例，可以提供场景描述，我会帮助你详细分析和实现。

教程参考

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