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OpenFOAM程序開發(fā)的基本知識(shí)

1、重要的環(huán)境變量:

WM_PROJECT_USER_DIR ―― OpenFOAM的用戶目錄

(資料圖)

FOAM_TUTORIALS ——OpenFOAM的算例目錄

FOAM _SRC ——OpenFOAM庫的源程序目錄

FOAM_APP —— OpenFOAM的求解器目錄

FOAM_APPBIN ——- OpenFOAM的求解器執(zhí)行文件目錄

FOAM_RUN ——用戶的算例目錄

2、重要的shell：

run ＝ cd to $FOAM_RUN

src = cd to $FOAM_SRC

APP = cd to $FOAM_APP

util = cd to $FOAM_APP/utilities

sol = cd to $FOAM_APP/solvers

tut = cd to $FOAM_TUTORIALS

3、求解器的基本文件結(jié)構(gòu)

appName 包含求解器源代碼的目錄

appName.C 求解器主程序

CreateFields.H 場(chǎng)變量的聲明和初始化

Make/ 編譯指令files 編譯需要的源程序文件和生成的目標(biāo)文件

options 編譯選項(xiàng),如鏈接庫等

appName/appName.C是求解器的主程序

appName/createFields.H聲明變量，并從文件中讀入初值，如p，物質(zhì)屬性。

appName/Make/files 所有源程序的名稱，一個(gè)文件一行，最后一行是目標(biāo)代碼的名稱和存放位置，

EXE=$(FOAM_USER_APPBIN)/appName

appName/Make/options設(shè)定查找頭文件和庫的路徑，EXE_INCS,和需要鏈接的庫EXE_LIBS

4、算例的基本文件結(jié)構(gòu)

case/ 算例目錄

0/ 包含初始和邊界條件

constant/ 包含初次讀入后，不隨時(shí)間變化的數(shù)據(jù)polyMesh/ 包含多面體網(wǎng)格數(shù)據(jù)

transportProperties/ 包含物性數(shù)據(jù)

system/ 包含計(jì)算控制和離散格式設(shè)定controlDict 包含計(jì)算控制，如時(shí)間步長(zhǎng)等

fvSchemes 包含離散格式設(shè)定

fvSolutions 包含代數(shù)求解器或SIMPLE，PISO算法設(shè)定

具體而言

case/0 每個(gè)需求解的變量需要一個(gè)文件設(shè)定其初始邊界條件

case/constant/polyMesh 網(wǎng)格數(shù)據(jù)，如owner neighbour points faces boundary

case/system/transportProperties 物性數(shù)據(jù)

case/system/controlDict 設(shè)定起始終止時(shí)間，時(shí)間步長(zhǎng)，輸出控制

case/system/fvSchemes 設(shè)定程序用到的每個(gè)微分算子的離散格式

case/system/fvSolution 為每個(gè)變量選擇代數(shù)方程求解器/收斂精度及PISO等算法設(shè)定

OpenFOAM程序開發(fā)的理論知識(shí)

作求解開發(fā)，必須能寫出需要求解的控制方程及其定解條件，并且對(duì)于如何求解方程或方程組的步驟已經(jīng)明確。

這些流體力學(xué)、傳熱學(xué)以及相關(guān)的理論是必需的，所謂連續(xù)介質(zhì)力學(xué)中的數(shù)學(xué)模型，控制方程和定解條件就是表示它的語言。

OpenFOAM應(yīng)用類型：

1、直接利用OpenFOAM的標(biāo)準(zhǔn)的求解器進(jìn)行模擬，把OpenFOAM替代商業(yè)軟件來使用，OpenFOAM已基本具有這樣的功能，與Fuent，Star-CD等相比較，OpenFOAM顯然具有更高的求解效率和靈活性。

2、用戶自定義求解器，即利用OpenFOAM的基本類庫，如finiteVolume，OpenFOAM庫來按照自己的求解流程來編寫針對(duì)某類應(yīng)用的求解器。用戶需要開發(fā)的求解器就是類似于在OpenFOAM的applications中所看到的標(biāo)準(zhǔn)求解器icoFOAM，simpleFOAM等。顯然這一需求是非常大的，從OpenFOAM問世以來，已有很多用戶定義了自己的求解器。這類需求的特點(diǎn)是，并不需要特別關(guān)心離散和求解的最底層的知識(shí)，如時(shí)間項(xiàng)離散，空間項(xiàng)離散等，關(guān)注的重點(diǎn)是求解的步驟或者流程。在編程中，通常是頂層的求解流程的開發(fā)，在多數(shù)情況下可以不編譯OpenFOAM的finiteVolume和OpenFOAM庫。這種頂層的求解器的開發(fā)，是我們以前常常忽略的，或者是以前沒有能力做到的。需要指出的是，商業(yè)軟件中的所謂udf，user subroutine和這是不可相比的。

3、用戶自己定義離散方法等。對(duì)于研究離散格式、代數(shù)求解器等人來說，更關(guān)注時(shí)間項(xiàng)ddt，擴(kuò)散項(xiàng)Laplacian，對(duì)流項(xiàng)div是如何離散的，能否有更高效更高精度的離散方法，這需要修改finiteVolume庫和OpenFOAM庫中對(duì)應(yīng)的代碼。尤其是對(duì)流項(xiàng)，盡管OpenFOAM已經(jīng)提供了基于NVD和TVD的模板和40多種有名的高階高精度格式，但可以預(yù)見，這仍然是不夠的，畢竟對(duì)流項(xiàng)的離散仍然是目前CFD的重點(diǎn)研究方向。

舉例

下面采用OpenFOAM來開發(fā)一個(gè)用戶自己的求解器。主要是利用OpenFOAM的標(biāo)準(zhǔn)求解器icoFoam，用戶不需要寫任何代碼，只為為了熟悉OpenFOAM程序開發(fā)的環(huán)境和步驟。步驟：

1、將icoFoam目錄拷貝到新的目錄

可采用下面的Linux的命令實(shí)現(xiàn)：到OpenFOAM的incompressible目錄

cd applications/incompressiblecp –r icoFoam myicoFoam

以上只是復(fù)制目錄icoFoam到新的位置，并且新目錄名為myicoFoam

cd myicoFoam

進(jìn)入新的目錄，查看一下，可以看到里面的文件和icoFoam中是否一樣

2、原文件改名，并且刪除依賴文件

將icoFoam.C改名myicoFoam.C

mv icoFoam.C myicoFoam.C

刪除依賴文件

rm icoFoam.dep

3、修改編譯文件files和options

進(jìn)入Make目錄，打開files文件將icoFoam.C 源程序文件名

EXE = \$(FOAM_APPBIN)/icoFoam 可執(zhí)行文件名

修改為

myicoFoam.C 源程序文件名

EXE = \$(FOAM_APPBIN)/myicoFoam 可執(zhí)行文件名

此例中options不需修改，可以打開看看

EXE_INC = \ 頭文件包含-I$(LIB_SRC)/finiteVolume/lnIncludeEXE_LIBS = \ 鏈接庫-lfiniteVolume

4、刪除原來的obj文件rm –rf linuxGccDPOptcd ..

5、編譯

wmake

6、檢驗(yàn)一下

到tutorial目錄，檢驗(yàn)一下

myicoFoam . cavity