流体力学ansys Fluent二次开发scheme_eval模块剖析

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。参考：https://fluent.docs.pyansys.com/version/stable/api/services/scheme_eval.html

官方书籍教程：https://hpc.njit.edu/assets/Ansys_Fluent_Text_Command_List.pdf

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

(scheme_eval <expression>)

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

(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：
scheme

(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：
scheme

(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：
scheme

(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：
scheme

(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

https://www.afs.enea.it/project/neptunius/docs/fluent/html/tuilist/node10.htm
https://www.afs.enea.it/project/neptunius/docs/fluent/html/tuilist/
https://fluent.docs.pyansys.com/version/stable/api/services/scheme_eval.html

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

https://www.fangzhenxiu.com/post/9961972/
https://www.reddit.com/r/CFD/comments/iqxh9m/surface_integrals_in_ansys_fluent/?rdt=64709
https://innovationspace.ansys.com/forum/forums/topic/matlab-fluent-interfacing/
https://fluent.docs.pyansys.com/version/stable/user_guide/legacy/scheme.html
https://discuss.ansys.com/discussion/3243/unable-to-load-user-defined-function-in-fluent-by-using-pyfluent-script
https://stackoverflow.com/questions/1044499/circumvent-eval-in-scheme
https://www.afs.enea.it/project/neptunius/docs/fluent/html/tuilist/node11.htm
https://www.coursehero.com/
https://www.deinprogramm.de/scheme-2005/scheme-2005-proceedings.pdf

原文地址：https://blog.csdn.net/weixin_41194129/article/details/143667834

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