使用OpenFOAM的基本流程

原文地址：使用OpenFOAM的基本流程 作者：苏军伟

任何CFD软件的使用无非通过3个基本步骤： 前处理，CFD计算，后处理

前处理主要包括：网格的生成，物理参数的设定，初始边界条件的设定，求解控制设定，方程求解方法的选择，离散格式的选择。

网格生成：
        OpenFOAM带有自己的网格生成功能blockMesh,他可以生成块结构化网格，使用比较简单，但对于复杂几何，该功能实施比较复杂。
        可以采用其网格软件如：gridgen，pointwise，gambit，icemcfd，tetgen,gmesh,ansys等生成网格，通过网格转换功能将其转换为openfoam可识别的网格。我本人通常采用gridgen生成fluent网格，再采用fluentMeshToFaom功能转换为openfoam可识别网格。

物理参数的设置：
    OpenFOAM中的物理参数文件都在当前case文件夹里面的constant文件夹中，里面常用的文件通常常有
      environmentalProperties：设定环境参数，重力加速度
    transportProperties：传输相关参数，比如黏性，密度，对于非牛顿流体的黏性模型及其参数等
      LESProperties：大涡模型及其相关的模型参数
      RASProperties: 雷诺时均模型及其相关模型参数
      thermodynamicProperties：热物理相关参数
      这些文件的名字由solver里面定义，可以任意更改，上面书写是openfoam中的一个惯例，至于如何更改，请参看solver说明。

初始边界条件的设定：
初始条件和边界条件设定都在case文件夹中的0文件夹中，在Openfoam中，每个求解变量都有自己的单独的求解文件，下面以/OpenFOAM/OpenFOAM-1.5/tutorials/icoFoam/cavity/0/p压力文件为例进行说明

FoamFile    //文件头
{
      version        2.0;  //版本号
      format          ascii; //存储形式二进制或者ascii
      class            volScalarField;//场的类型，体心标量场
      object          p; //场的名字
}
// * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * //
//场的单位，应当注意这里的压强单位并非实际压强，而是压强除去密度(p/rho)的单位
//因为openfoam对动量方程直接求解的速度
dimensions          [0 2 -2 0 0 0 0];
//初始条件：内部场为均匀场，所有全为0，如果不均匀场则采用setField或者funkySetField对初始场进行//设置,如何使用这些功能，以后再说明。
internalField    uniform 0;
//边界条件
boundaryField
{
      movingWall   //边界名字      
      {
              type                      zeroGradient; //边界条件为第二类边界条件，梯度为0
      }

      fixedWallsm //边界名字      
      {
              type                      zeroGradient;//边界条件为第二类边界条件，梯度为0
      }

      frontAndBack //边界名字  
      {
//空边界条件，说明求解是二维流动，这个在openFOAM是独有的，如果遇到该类边界，该边界不参与方程离//散，也就是什么都不做。
              type                      empty;
      }
}


求解控制设定：
文件为system/controlDict,典型的controlDict文件如下

//文件头
FoamFile
{
      version        2.0;
      format          ascii;
      class            dictionary;
      object          controlDict;
}
// * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * //

//当前case所用求解器的名字
application icoFoam;
//程序从什么时候开始执行，startTime开始
startFrom            startTime;
//startTime 设定为0，即从0时刻开始执行
startTime            0;
//程序什么时候结束，endTime结束
stopAt                  endTime;
//程序结束时间
endTime                0.5;
//当前算例的时间步长
deltaT                  0.005;
//以什么方式写文件，按照时间步长写（也可以为runTime,即按照时间来些）
writeControl      timeStep;
//20个时间步长,20*timeStep写一次；（如果按照时间来写的话为1）
writeInterval    20; 
//写过程是否覆盖，如果0则不覆盖，大于0为覆盖，比如：2，case文件家中只有输出文件  比如6 和 7，//当算到8时候，会覆盖6，9会覆盖8，以此类推
purgeWrite          0;
//写的格式ascii或者binary
writeFormat        ascii;
//文件写入精度
writePrecision  6;
//是否对生成数据进行压缩，压缩的话会战较少空间。uncompressed/compressed;
writeCompression uncompressed;
//时间文件夹格式：fixed m.ddddd(d的个数取决于下面的timePrecision），scientific ：采用科学计数//法，general：科学计数法指数小于－4用指数，大于－4用小数
timeFormat          general;
//时间文件夹精度
timePrecision    6;
//在求解过程中是否允许修改以上参数
runTimeModifiable yes;


方程求解方法的选择：
文件为system/fvSolution，典型的文件为

//文件头
FoamFile
{
      version        2.0;
      format          ascii;
      class            dictionary;
      object          fvSolution;
}
// * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * //

solvers  //方程求解器
{
      p PCG  //压力采用预条件共轭梯度法（主要用于求解对称矩阵）
      {
              preconditioner    DIC;    //预测器,对角不完全Cholesky方法
              tolerance              1e-06;  //参差
              relTol                    0;  //迭代容差
      };

      U PBiCG //速度采用预条件双共轭梯度法（主要用于反对称矩阵）
      {
              preconditioner    DILU; //预测器，对角不完全LU
              tolerance              1e-05;//残差
              relTol                    0; //迭代容差
      };
}

PISO  //piso控制参数
{
      nCorrectors        2;//修正次数
      nNonOrthogonalCorrectors 0;//非正交修正次数
      pRefCell              0;//压力参考cell的index
      pRefValue            0;//压力参考值
}
如果对求解器不明白，可以参看相关理论，或者直接找到一个差不多的case进行复制。

离散格式的选择：
文件：system/fvSchemes，典型文件

//文件头
FoamFile
{
      version        2.0;
      format          ascii;
      class            dictionary;
      object          fvSchemes;
}
// * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * //
//非稳态格式
ddtSchemes
{
      default                Euler; //默认采用欧拉离散，其他格式以后介绍
}

gradSchemes //梯度离散
{
      default                Gauss linear;//梯度离散采用高斯方法，线性插值
      grad(p)                Gauss linear; //压力的梯度离散
}

divSchemes  //散度离散
{
      default                none;            //散度的离散（必须指定没有默认值）
      div(phi,U)          Gauss linear;//对流项离散，高斯理论，采用线性插值
}

laplacianSchemes //拉普拉斯项离散
{
      default                none;  //拉普拉斯项离散，必须指定
      laplacian(nu,U) Gauss linear corrected;  //扩散项离散采用高斯理论，采用线性插值，并带有非//网格正交修正
      laplacian((1|A(U)),p) Gauss linear corrected;//压力方程离散采用高斯理论，线性插值，带有非//网格正交修正
}

interpolationSchemes  //插值格式
{
      default                linear;  //默认线性插值
      interpolate(HbyA) linear;//线性插值
}

snGradSchemes//梯度发法向分量
{
      default                corrected;//默认带有非正交修正
}

fluxRequired //是否计算流律
{
      default                no; //默认不计算
      p;//压力需要计算，因为需要利用压力流律修正速度
}

CFD计算 ：
设定上述参数后，直接在case文件中，在控制台中输入相应求解器的名字即可。如果参数设置有误，会得到提示。

后处理：
openfoam推荐的后处理软件为paraview，当然你可以运用foamToTecplot功能将其转换为tecplot格式运用tecplot进行处理，或者运用foamDataToFluent转化为fluent格式进行后处理，所有支持的转化在/OpenFOAM-1.5/applications/utilities/postProcessing/dataConversion
文件夹中。