OpenFoam——溃坝【算例】
7.1 溃坝
官网
目录：$FOAM_TUTORIALS/multiphase/interFoam/laminar/damBreak
7.1.1 介绍
本案例使用interFoam两相算法，基于流体体积分数（VOF）法，每个网格中的相体积分数（alpha）通过求解一个组分运输方程确定。物理属性基于这个相分数通过加权平均计算。
7.1.2 网格生成
blockMesh
7.1.3 边界条件
最顶端atmosphere边界设置为patch
// 0/U
boundaryField
{
...
atmosphere
{
type pressureInletOutletVelocity; // 对所有分量应用zeroGradient条件，当流动为入流时，对边界切向的分量应用fixedValue；
value uniform (0 0 0);
}
defaultFaces
{
type empty;
}
}
// 0/p_rgh
boundaryField
{
...
atmosphere
{
type totalPressure; // 一种fixedValue条件，利用指定的总压p0和当地速度U计算获得；
p0 uniform 0;
}
defaultFaces
{
type empty;
}
}
// 0/alpha.water.orig
boundaryField
{
...
atmosphere
{
type inletOutlet; // 出流时为zeroGradient，入流时则为fixedValue条件；
inletValue uniform 0;
value uniform 0;
}
defaultFaces
{
type empty;
}
}
// ************************************************************************* //
所有壁面边界处，压力场采用fixedFluxPressure边界条件，它自动调整压力梯度使边界通量符合速度边界条件。
boundaryField
{
leftWall
{
type fixedFluxPressure; //
value uniform 0;
}
rightWall
{
type fixedFluxPressure;
value uniform 0;
}
lowerWall
{
type fixedFluxPressure;
value uniform 0;
}
}
defaultFaces代表此2维问题的前后面，像往常一样，是empty类型
defaultFaces
{
type empty;
}
7.1.4 设置初场
相当于fluent中的patch，patch出一个水域。
boxToCell通过定义一个最小和最大的向量来创建一个盒子区域，在此区域内为水相，water被设置为1.
在执行setFields之前，先备份0目录下的alpha.water.org（备份文件）为alpha.water。因为setFields工具从文件读取场并重新定义这些场，然后把它们重新写入文件，原始文件会被覆盖，所以需要备份。
/*--------------------------------*- C++ -*----------------------------------*\
========= |
\\ / F ield | OpenFOAM: The Open Source CFD Toolbox
\\ / O peration | Website: https://openfoam.org
\\ / A nd | Version: 9
\\/ M anipulation |
\*---------------------------------------------------------------------------*/
FoamFile
{
format ascii;
class dictionary;
location "system";
object setFieldsDict;
}
// * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * //
defaultFieldValues
(
volScalarFieldValue alpha.water 0 // 场内默认为空气
);
regions
(
boxToCell
{
box (0 0 -1) (0.1461 0.292 1); // 对应坐标如下
fieldValues
(
volScalarFieldValue alpha.water 1
);
}
);
// ************************************************************************* //
使用
paraFoam -builtin后处理查看
7.1.5 流体特性
constant/transportProperties
/*--------------------------------*- C++ -*----------------------------------*\
========= |
\\ / F ield | OpenFOAM: The Open Source CFD Toolbox
\\ / O peration | Website: https://openfoam.org
\\ / A nd | Version: 9
\\/ M anipulation |
\*---------------------------------------------------------------------------*/
FoamFile
{
format ascii;
class dictionary;
location "constant";
object transportProperties;
}
// * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * //
phases (water air); // 两相
water
{
transportModel Newtonian; // 牛顿流体
nu 1e-06; // 运动粘度
rho 1000; // 密度
}
air
{
transportModel Newtonian;
nu 1.48e-05;
rho 1;
}
sigma 0.07; // 表面张力
// ************************************************************************* //
Newtonian为牛顿流体，CrossPowerLawCoeffs为非牛顿流体。
重力场
/*--------------------------------*- C++ -*----------------------------------*\
========= |
\\ / F ield | OpenFOAM: The Open Source CFD Toolbox
\\ / O peration | Website: https://openfoam.org
\\ / A nd | Version: 9
\\/ M anipulation |
\*---------------------------------------------------------------------------*/
FoamFile
{
format ascii;
class uniformDimensionedVectorField;
location "constant";
object g;
}
// * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * //
dimensions [0 1 -2 0 0 0 0];
value (0 -9.81 0);
// ************************************************************************* //
7.1.6 湍流模型
/*--------------------------------*- C++ -*----------------------------------*\
========= |
\\ / F ield | OpenFOAM: The Open Source CFD Toolbox
\\ / O peration | Website: https://openfoam.org
\\ / A nd | Version: 9
\\/ M anipulation |
\*---------------------------------------------------------------------------*/
FoamFile
{
format ascii;
class dictionary;
location "constant";
object momentumTransport;
}
// * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * //
simulationType laminar; // 层流
// ************************************************************************* //
7.1.7 时间步长
设置adjustTimeStep为on，表示自动调整时间步长，并设置最大库郎书和最大相场库郎数为1.
设置writeContral为adjustableRunTime，表示强制调整一时间点正好为输出结果的时间。因为自动调整时间步长之后，如果按照固定时间步长间隔保存结果会比较乱，所以需要强制调整。
/*--------------------------------*- C++ -*----------------------------------*\
========= |
\\ / F ield | OpenFOAM: The Open Source CFD Toolbox
\\ / O peration | Website: https://openfoam.org
\\ / A nd | Version: 9
\\/ M anipulation |
\*---------------------------------------------------------------------------*/
FoamFile
{
format ascii;
class dictionary;
location "system";
object controlDict;
}
// * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * //
application interFoam;
startFrom startTime;
startTime 0;
stopAt endTime;
endTime 1;
deltaT 0.001;
writeControl adjustableRunTime; // 重点
writeInterval 0.05;
purgeWrite 0;
writeFormat binary;
writePrecision 6;
writeCompression off;
timeFormat general;
timePrecision 6;
runTimeModifiable yes;
adjustTimeStep yes; // 重点
maxCo 1; // 重点
maxAlphaCo 1; // 重点
maxDeltaT 1;
// ************************************************************************* //
7.1.8 离散求解
/*--------------------------------*- C++ -*----------------------------------*\
========= |
\\ / F ield | OpenFOAM: The Open Source CFD Toolbox
\\ / O peration | Website: https://openfoam.org
\\ / A nd | Version: 9
\\/ M anipulation |
\*---------------------------------------------------------------------------*/
FoamFile
{
format ascii;
class dictionary;
location "system";
object fvSchemes;
}
// * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * //
ddtSchemes
{
default Euler;
}
gradSchemes
{
default Gauss linear;
}
divSchemes
{
div(rhoPhi,U) Gauss linearUpwind grad(U);
div(phi,alpha) Gauss interfaceCompression vanLeer 1;
div(((rho*nuEff)*dev2(T(grad(U))))) Gauss linear;
}
laplacianSchemes
{
default Gauss linear corrected;
}
interpolationSchemes
{
default linear;
}
snGradSchemes
{
default corrected;
}
// ************************************************************************* //
7.1.9 矩阵求解
nAlphaSubCycles：a方程中子循环的数目，子循环是一个给定时间步内对一个方程附加求解。可以再不降低时间步长的情况下保证解的稳定性。
/*--------------------------------*- C++ -*----------------------------------*\
========= |
\\ / F ield | OpenFOAM: The Open Source CFD Toolbox
\\ / O peration | Website: https://openfoam.org
\\ / A nd | Version: 9
\\/ M anipulation |
\*---------------------------------------------------------------------------*/
FoamFile
{
format ascii;
class dictionary;
location "system";
object fvSolution;
}
// * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * //
solvers
{
"alpha.water.*"
{
nAlphaCorr 2;
nAlphaSubCycles 1;
MULESCorr yes;
nLimiterIter 5;
solver smoothSolver;
smoother symGaussSeidel;
tolerance 1e-8;
relTol 0;
}
"pcorr.*"
{
solver PCG;
preconditioner DIC;
tolerance 1e-5;
relTol 0;
}
p_rgh
{
solver PCG;
preconditioner DIC;
tolerance 1e-07;
relTol 0.05;
}
p_rghFinal
{
$p_rgh;
relTol 0;
}
U
{
solver smoothSolver;
smoother symGaussSeidel;
tolerance 1e-06;
relTol 0;
}
}
PIMPLE
{
momentumPredictor no;
nOuterCorrectors 1;
nCorrectors 3;
nNonOrthogonalCorrectors 0;
}
relaxationFactors
{
equations
{
".*" 1;
}
}
// ************************************************************************* //
7.1.10 计算
interFoam | tee log
7.1.11 并行计算
如果采用并行计算，程序根据system/decomposeParDict求解.
numberOfSubdomains：指定算例分割子区域数量，即处理器数
simpleCoeffs中，应满足x * y = numberOfSubdomains
这个算例使用2个处理器并行计算。
/*--------------------------------*- C++ -*----------------------------------*\
========= |
\\ / F ield | OpenFOAM: The Open Source CFD Toolbox
\\ / O peration | Website: https://openfoam.org
\\ / A nd | Version: 9
\\/ M anipulation |
\*---------------------------------------------------------------------------*/
FoamFile
{
format ascii;
class dictionary;
location "system";
object decomposeParDict;
}
// * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * //
numberOfSubdomains 2; // 重点
method simple;
simpleCoeffs
{
n (1 2 1); // 重点
}
hierarchicalCoeffs
{
n (1 1 1);
order xyz;
}
manualCoeffs
{
dataFile "";
}
distributed no;
roots ( );
// ************************************************************************* //
如果使用4个，我这里使用的虚拟机，会报错，提示核数不够。
分割
decomposePar
并行计算
mpirun -np 2 interFoam -parallel > log
查看paraFoam -builtin -case processor0，为一半
合并结果
reconstructPar
后处理
paraFoam -builtin
