OpenFOAM使用手册中文翻译版Word文档格式.docx

1、mkdir -p $FOAM RUNcp -r $FOAM TUTORIALS $FOAM RUN2.1盖驱动腔流Lid-driven cavity flow 本节将介绍如何进展预处理，运行和后处理一个例子，涉及二维正方形区域内的等温，不行压缩流淌。图2.1中几何体的全部边界都是由壁面。在x方向顶层墙体以1米/秒的速度移动，而其他3个墙壁是静止的。最初，流淌会假设为层流，将在匀称网格上运用icoFoam求解器来求解层流等温不行压流淌。在本教程中，将探究加强网格的划分的效果和网格朝向壁面分级的效果。最终，流淌雷诺数增加，必需运用用于恒温不行压缩紊流的pisoFoam求解器.前处理 通过编辑实例文

2、件在OpenFOAM中设置实例，用户应选择一个xeditor进展前处理，如emacs，vi，gedit，kate,nedit等。编辑文件可能在OpenFOAM中，因为I / O的书目格式的关键字意思很明确，很简洁使没有经历的用户理解。 模拟实例涉及网格，流场，属性，限制参数等数据。如4.1节所述，在OpenFOAM，这些数据是存储在实例书目下的一组文件中，而不是单个实例文件，如很多其他流体力学软件包。实例书目赐予适当的描述性名称，例如：该教程中的第一个例子就叫cavity。在编辑实例文件和运行cavity实例前的打算工作中，用户应翻开该案例的书目： cd $FOAM RUN/tutorials

3、/incompressible/icoFoam/cavity生成网格 OF经常运行在三维直角坐标系统中，全部的几何形态都是三维的。OF默认求解三维问题，可以通过在某些边界上指定一个special empty边界条件，这些边界垂直于不要求解的第三维，从而来求解二维问题。 cavity腔域是一个在xy平面上边长d= 0.1m的正方形。起初用20*20的匀称网格。块构造见图2.2。网格生成器是OpenFOAM的blockMesh，依据一个输入文档blockMeshDict（在给定实例的constant/polyMesh书目下）中的指定描述生成网格。对该实例输入的blockMeshDict如下所示：1

4、1 format ascii;12 class dictionary;13 object blockMeshDict;14 15 / * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * /1617 convertToMeters 0.1;1819 vertices20 （21 （0 0 0）22 （1 0 0）23 （1 1 0）24 （0 1 0）25 （0 0 0.1）26 （1 0 0.1）27 （1 1 0.1）28 （0 1 0.1）29 ）;3031 blocks32 （33 hex （

5、0 1 2 3 4 5 6 7） （20 20 1） simpleGrading （1 1 1）34 ）;3536 edges37 （38 ）;3940 patches41 （42 wall movingWall43 （44 （3 7 6 2）45 ）46 wall fixedWalls47 （48 （0 4 7 3）49 （2 6 5 1）50 （1 5 4 0）51 ）52 empty frontAndBack53 （54 （0 3 2 1）55 （4 5 6 7）56 ）57 ）;5859 mergePatchPairs60 （61 ）;6263 / * /头7行是文件头信息，用寬显线表

6、示。接下来是FoamFile子书目中的文件信息，用.大括号界定。注释来自苏军伟博客：FoamFile /文件头 version2.0;/版本号 formatascii; /存储形式二进制或者ascii class volScalarField;/场的类型，体心标量场 objectp; /场的名字在手册其他局部： 为清晰起见并节约空间，文件头，包括寬显线及FoamFile子书目，将会在引用实例文件时全部省去。 文件首先指定块顶点坐标，然后通过顶点标号和单元个数定义块此处仅有一个，最终，它定义边界块。建议用户查阅5.3节了解blockMeshDict文件中输入项的含义。 在blockMeshDic

7、t文件上运行blockMesh生成网格。在这个实例书目中，做到这一点，只需在终端输入： blockMesh 终端窗口产生blockMesh运行状态报告。任何blockMeshDict文件的错误都会被blockMesh挑出来，所产生的错误信息干脆引导用户到文件中产生问题的所在行。在该阶段不应当有错误。2.1.2 边界和初始条件 完成网格生成，用户可以看看为这个案例设置的初始场文件。案例设置起先时间t = 0 s，所以初始流场数据被设置在cavity书目下面的名字为0的子文件夹里。文件夹0里包括两个文件，p和U。每个压力p和速度U的初始值和边界条件都必需设置。让我们来检验下文件p：17 dimen

8、sions 0 2 -2 0 0 0 0;18 19 internalField uniform 0;20 21 boundaryField 22 23 movingWall 24 25 type zeroGradient;26 2728 fixedWalls 29 30 type zeroGradient;31 3233 frontAndBack 34 35 type empty;/空边界条件，说明求解是二维流淌，这个在openFOAM是独有的，假如遇到该类边界，该边界不参加方程/离散，也就是什么都不做。36 37 3839/ * / 流场数据文件有3个主要的输入：dimensions：指定

9、流场尺度单位的指数，这里的运动学压力，即m2s-20 2 -2 0 0 0 0 见第节获得更多信息;internalField：其内部文件数据可以是统一的，由单一值确定；不匀称时，流场全部值必需指定（具体信息见 节 ;boundaryField：边界的流场数据，包括边界条件和及全部边界块的数据具体信息见节。 对于这个腔体例子，边界仅由壁面组成，分为两种边界：1fixedWall:固定墙包括侧墙和低墙2 movingWall :移动墙的顶盖。作为壁面，两者的P文件都是 zeroGradient边界条件，即“压力垂直梯度为零”。frontAndBack代表二维状况下的前后两个块，因此必需设置为em

10、pty。 该实例中，正如大多数我们遇到的状况一样，初始场被设置为是匀称的。在这里，压力是运动学上的压力，作为一种不行压缩的状况，其肯定值是不相关，因此为便利起见设置为uniform 0。为什么跟肯定值不相关？ 用户可用同样的方式检测0 / U文件中的速度场。dimensions为对速度所期望的因次，内部流场初始化为uniform zero ，在这个例子里速度场必需由由3个矢量表示，即匀称的0 0 0见第节获得更多信息。 对frontAndBack块，速度边界流场要求一样的边界条件。其他方向都是墙：固定墙须要假定无滑移条件，因此fixedValue 条件其值为统一0 0 0。顶面以1米每秒的速度

11、沿x方向移动，因此也须要fixedValue条件，但为统一1 0 0值。2.1.1.3物理特性 实例的物理属性存储在后缀为.Properties的文件里，放在Dictionaries书目树。对于这个icoFoam例子，唯一必需指定的运动粘度是存储在transportProperties书目中。用户可以检查运动粘度是否正确设置，通过翻开transportProperties书目来查看或编辑的入口。运动粘度的关键字是nu，在方程中用同音的希腊字母代表。最初，例子运行时雷诺数为10，其中雷诺数定义为： 式中，d和1U1分别为特征长度和特征速度，为运动粘度。此处d=0.1m，1U1=1m/s,所以Re

12、=10时，=0.01m2 s1 。因此正确的动力粘度文件入口指定为：2.1.1.4 control 与时间限制、解数据的读取与存储相关的输入数据都是从controlDict书目读入的。读者应看看这个文件；作为实例限制文件，他放在system书目中。 运行的起先/完毕时刻刚好间步长必需设置。 4.3节具体介绍了OpenFOAM供应的度够敏捷的时间限制。在这个教程我们设置起先运行时刻从t=0起先，这意味着of须要从文件夹0读取流场数据，更多案例文件构造信息见4.1小节。因此我们设置startFrom关键词为startTime 并指定关键词startTime 为0。 对于完毕时间，我们盼望获得流淌绕

13、空腔循环即稳定时的稳态解。一般而言，层流中，流体通过该区域10次才能到达稳态。在这个例子里，流淌没有通过该区域，因为这里没有进口也没有出口。取而代之，设盖子穿过腔体10次为完毕时间，即1s；事实上，事后发觉0.5s就足够了，因此应采纳该值。指定stopAt关键词为endTime，并赋值0.5 此时此刻我们须要设置时间步长，由关键词 deltaT 代表。运行icoFoam时为到达瞬时准确及数值稳定，要求Courant 数小于1。对于一个单元Courant 数定义如下： t是时间步长，|U|是通过单元的速度大小， x是该速度方向上的单元尺寸。流速在穿过区域时是变更的，必需确保任何地方的Co1。因此

14、我们以最糟的状况选择 t的取值：Co的最大值必需与大尺度流速和小的单元尺度联合的效果相一样。这里，这个整个区域的单元尺寸固定，所以Co的最大值发生在紧挨着盖子的地方，这里速度接近1米每秒。单元尺寸为： 因此为了到达全部区域内Co=1，时间步长deltaT 的设置必需小于等于：作为模拟进程，我们盼望能写下每隔一段时间的结果,这样我们就能在后处理包里查看结果。关键词writeControl表示设置输出结果时刻的一些可选项。这里我们选择timeStep 选项：每隔n次时间步长输出一次结果，n值由关键词writeInterval指定。假设我们要设置在时刻0.1, 0.2,. . . , 0.5 s输出

15、结果，时间步长是0.005s，因此是每20次步长输出一次结果，故给writeInterval赋值20。 Of会依据当前时间创立一个新的书目，例如0.1s，在每个时刻输出一系列的数据，在4.1章节有具体介绍。在icoFoam求解器输出的每个流场信息U 和 p放在时间书目里。对于这个例子，在controlDict中的输入如下：2.1.1.5 离散和线性求解器设置 用户可以在system书目下 fvSchemes文件中指定选择有限体积离散法。用户线性方程求解器标准、限差和其他算法限制。用户可以自由的查看这些库类，但是在它们的入口函数中我们目前只须要fvSolution中PISO 书目下的pRefCe

16、ll 和pRefValue。在封闭系统如腔体内，用的是相对压力：是压力范围而不是肯定值。在这种状况下，求解器在pRefCell 单元中通过pRefValue 设置一个相对值，在该实例中都设为0。变更其中任何一个的值都会变更肯定压力场只变更肯定压力场，而不会变更相对压力场或速度场。2.1.2查看网格 在实例运行前，最好查看一下网格以检查是否有错。网格在OpenFOAM 供应的后处理工具paraFoam中查看，通过在终端在案例书目下yingying-desktop:$ cd /home/ying/RUN/tutorials/incompressible/icoFoam/cavity回车输入： pa

17、raFoam来启动paraFoam后处理。 也可以通过另一个书目位置执行： paraFoam -case $FOAM RUN/tutorials/incompressible/icoFoam/cavity 从而翻开了ParaView窗口如图6.1所示。在Pipeline Browser，用户可以看到ParaView已经翻开了cavity案例模块：cavity.OpenFOAM 。在点击Apply按钮前， 用户须要从Region Status 和面板上选择一些几何构造。因为该案例很小， 通过检查Region Status 面板标题相邻的box可以很简洁地选择全部的数据，这可以自动检查各个面板中的

18、全部独立部件。然后用户可以点击Apply按钮将几何构造加载到ParaView中。6.1.5.1节中介绍了一些常用设置，请查阅该章节中的相关设置。 之后用户应当翻开Display面板，其限制着所选模块的可视化重现。在Display面板中，用户应当做如下工作，如图2.3所示：1设置Color为Solid Color ；2点击Set Solid Color 选择适当的颜色，如黑色对于白色背景；3在Style面板，从Representation 菜单项选择择Wireframe 。背景颜色可以在顶部菜单面板的Edit中选择View Settings. 来设置。 尤其是第一次启动ParaView，必需如6

19、.1.5节描述的一样操作。特殊的，由于这是一个2D的状况，要求在Edit菜单中选择View Settings窗口，在General 面板必需选择Use Parallel Projection 。在Annotation 窗口Orientation Axes可以勾选或不宣，或通过鼠标拖曳来移动。2.1.3 运行应用程序 正如一切UNIX/Linux可执行软件，OpenFOAM应用程序可以按以下两种方式运行：作为前台处理器，也就是说，前台处理器中的shell始终等候，直到吩咐在给定吩咐提示符之前完成为止；作为后台处理器，不须要在shell承受附加要求之前完成。 在该状况下，可以在前台运行icoFoa

20、m。icoFoam求解器即可以通过进入案例书目，在吩咐提示符处输入以下吩咐： icoFoam 从而执行，也可以是可选择的-case，给定案例书目，如： icoFoam -case $FOAM RUN/tutorials/incompressible/icoFoam/cavity 进程写入终端，显示当前时间，最大Courant 数，全部场的初始及最终残差。2.1.4后处理 当结果一写入时间书目，就可以用paraFoam来查看。回到paraFoam窗口，并且选择cavity.OpenFOAM 模块的Properties 面板。假如案例模块的正确的窗口面板好像在任何时刻都不存在，那么确保：cavit

21、y.OpenFOAM 是高亮蓝色的；旁边的eye按钮是开的以显示图像是可行的； 为了使paraFoam打算好显示所感爱好的数据，首先使要求运行时间为0.5s，假如当ParaFoam开着时运行案例，时间书目中的输出数据不会自动在Paraview中加载。为装载数据，用户必需在Properties窗口中选择Update GUI ，然后点击绿色的Apply按钮。时间数据就会加载到ParaView中。2.1.4.1等值面及等值线的绘制 为查看压力，用户应当翻开Disply面板，由于它限制着所选模型的可视化表现。为绘制一个简洁的压力曲线，用户须要遵照下面来选择，如图2.4具体所示：在Style面板，从Re

22、presentation 菜单项选择择Surface ；在 Color 面板，选择。p及Rescale to Data Range ，为了看早t=0.5s时刻的结果，用VCR Controls 或者 Current Time Controls 将时间设为0.5，这些位于ParaView窗口顶部菜单下方的工具栏中，见图6.4.压力场如预期一样，腔体左上部为低压区，右上角为高压区，如图2.5所示。 通过点图标。p，压力场在各个单元间内插，从而得到连续的流场。相反的，假如用户选择单元图标，在每个单元上就是一个蛋度的压力值，所以每个单元都由单一的颜色表示而没有梯度。 颜色棒图可以在Active Var

23、iable Controls 中点击Toggle Color Legend Visibility 而出现，也可以在View菜单项选择择Show Color Legend 。点击Active Variable Controls 工具栏或Disply窗口中Color面板中的Edit Color Map 按钮，用户就可以设置颜色棒图特性的范围，比方文字大小，字型选择及尺度计数形式等。通过鼠标拖动可以变更颜色棒图在图像窗口的位置。 ParaView的新版本默认运用颜色尺度为蓝色到白色到红色万恶不是更常见的蓝色到绿色到红色彩虹。因此用户第一次执行ParaView时，可能盼望变更颜色尺度，者可以通过在Co

24、lor Scale Editor 中选择Choose Preset 初调，然后选择Blue to Red Rainbow 。在点击OK确认以后，用户就可以点击Make Default 按钮以便ParaView始终采纳这种颜色色棒。 假如用户旋转图像，可以发觉整个几何外表的都按压力上色了。为产生真实的等值线，用户首先要产生一个切割面，或者说“slice切片”，穿过整个几何形态运用Slice滤波器，见6.1.6.1节描述。切割面中心在（0.05, 0.05, 0.005） ，垂直线设为（0, 0, 1） 。一旦产生了切割面，通过运用6.1.6节所介绍的Contour filter 来产生等值线。6

25、.1.6.1 引入切割面 通常用户都盼望产生一个穿过平面的等值线，而不是等值面。用户就须要用Slice filter来缔造一个切割面，等值线就在这个切割面上绘制。Slice filter允许用户在Slice Type 中通过设定center及 normal/radius 来指定切割Plane,Box或Sphere。用户可以用鼠标操作切割面。 然后用户可以在切割面上运行Contour filter 易产生等值线，操作见6.1.6.6.1.6 等值线绘制在顶部菜单栏的Filter菜单中选择Contour，就可绘制等值线。filter在指定的模块上运行，所以假如模型本身是3D的，那么等值线会是一系列

26、的2D外表分别代表恒定的值，也就是说等值面。Contour的Properties 面板包括 Isosurfaces 列表，可以编辑，最便利的就是运用New Range 窗口，所选择的尺度场从下拉菜单中选择。所得等值线图如下所示:2.1.4.2 向量绘制 在绘制流速向量之前，须要移走其他已经创立的模块，比方上面运用的Slice 及Contour filters 。可通过在以Pipeline Browser中高亮相关模块，然后在各自的Properties 面板中点击Delete ，从而整体移除，也可以通过切换Pipeline Browser中相关模块的eye按钮来使其处于不工作状态。 此时此刻我们

27、盼望在每个单元的中心产生一个速度向量点符，首先要过滤单元中心的数据，如所描述。在Pipeline Browser中使cavity.OpenFOAM 模块高亮，用户从Filter菜单中选择Cell Centers ，点击Apply。 在Pipeline Browser中使Centers高亮，然后在Filter菜单中选择Glyph点符，那么Properties窗口应当如图2.6所示，在Properties面板，速度流场U自动在 vectors 菜单中选择，因为它是目前唯一的向量场。默认图像的Scale Mode为速度的Vector Magnitude，但是由于我们想看到贯穿整个区域的速度，应当选择off，Set Scale Factor为0.005.点击应用，出现图像，但可能是一个单一的颜色，比方白色。用户应当依据速度量级用颜色标识图像，通过在Disply面板中设置Color by U来限制，也可以在Edit Color Map中选择Show Color Legend图例。输出如图2.7所示，在图中，大写的Times Ro