要是要处治湍流可压缩流

本文描画OpenFOAM中的开动条目与界限条目物流设备。

当使用CFD求解器来求解限度方程的雷同解时,骨子上求解的是一个初边值问题,这类问题在求解策画时需要输入合乎的界限条目和开动条目。很澄澈界限条目和开动条目必须在物理上是竟然的。界限条目是数值门径的必需部分,其将区域界限的信息告诉求解器。开动条目亦然数值门径的必要构成部分,其界说了物理问题的开动状况。

1 界限条目

界限条目(boundary condition,BC)不错分为三种主要类型:

Dirichlet界限:径直指定界限上待求物理变量的值Neumann界限:指定界限上物理量的法向梯度Robin界限:为上头两种界限的搀杂,既指定物理量的值,也指定梯度值

在骨子愚弄进程中,上头三种界限类型不错任选其中一个。

在OpenFOAM中界说界限条目触及到的操作包括:

查找界限条目在域中的位置细目界限条目类型提供所需的物理信息

界限条目的礼聘取决于:

几何筹商触及到的物理问题界限条目方位位置大要提供的物理信息数值策画的考量

如下图所示的策画区域中所包含的开动条目(IC)与界限条目(BC)。

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2 开动条目

开动化条目(initial condition,IC)不错分为两类:

均匀(Uniform)的开动条目非均匀(Non-uniform)的开动条目

不错从以下路线得回非一致的开动条目:

其他仿真策画得到的成果手脚开动条目数学函数策画成果势流求解器策画的成果降阶模子策画的成果履行数据

界说开动条目包括:

找到域中开动条目的位置细目开动条目类型提供所需的物理信息

开动条目的礼聘取决于:

几何筹商触及到的物理问题可用的的物理信息数值策画的考量

对于开动条目,需要提供问题的开动信息或开动状况。此信息不错是均匀值,也不错长短均匀值。不错将开动条目愚弄到通盘策画区域或策画区域中的某一平定区域。如下图所示。

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3  相差口界限

对于相差口界限条目:

进口界限用于策画区域中预期会有流体流入的区域;关联词当界限条目指定为速率分散时,进口不错允许流体流出压力界限条目不允许进口有流体流出速率进口主要用于弗成压缩流动;压力与流量进口恰当于可压缩与弗成压缩流动疏导的观念也恰当于出口

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对于零梯度界限与回流界限条目:

零梯度(zero gradient)界限条目从策画区域中通过外推得到物理量的值零梯度界限不需要任何信息。零梯度界限条目可用于进口,出口和壁面。回流(backflow)界限条目提供了一个通用的的流出/流入条目,对于存在回流的问题不错指定流入/流出条目。对于回流出口(backflow outlet),当通量为正(流出策画域)时愚弄Neumann界限条目(零梯度);当通量为负(流体流入策画域)将愚弄Dirichlet界限条目(固定值)。相通的观念适用于回流进口。

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界限条目的一些组合相配富厚,而有些组合的可靠性较低,如进口处修复为速率和出口处修复为零压力梯度,这种组合由于静压不固定,此模拟最终将崩溃。

对于对称界限条目:

对称界限条目仅适用于平面。唯有当几何体式和流场王人对称时才不错使用对称界限。从数学上讲,修复对称界限条目等于该平面上的法向速率为零以及平面上通盘变量的法向梯度为零。从物理上讲,它们等效于滑移壁面。

对于界限条目与开动条目:

界限条目和开动条目在物理上必须是竟然的界限条目界说失当可能会对策画成果产生紧要影响开动条目与界限条目同等蹙迫讲求的开动条目不错进步算法的富厚性和经管速率,另一方面,非物理开动条目可能会放慢经管速率或导致发散需要为要求解的每个变量界说界限条目和开动条目修复正确的界限条目极其蹙迫,但需要了解其中的物理旨趣需要对表面布景有所了解,能力修复正确的界限条目不要强制指定出口处的流量,对除压力以外的其他通盘流动变量使用零法向梯度界限。求解器从策画域里面外推得回所需的信息提防出口处的反向流动(流入策画域的流动)和进口处的反向流动(反射波),它们需要罕见处理要是可能,礼聘流入和流出界限条目,使流动垂直于界限流入或流出在出口,仅对弗成压缩的流动使用零梯度界限条目,长沙市鹏达进出口有限公司而且当细目流动已充分发展时与大气联融会的出口界限不错使用静压界限条目从大气环境中流入策画区域的进口界限不错使用总压界限条目(举例掀开的窗户)质地流量进口在进口界限处产生均匀的速率分散指定压力的界限条目允许变成当然速率弧线界限条目和开动条目的所需值取决于要求解的方程以及所使用的物理模子, 武夷山市绿美竹木制品有限公司举例:对于弗成压缩和层流, 荔蒲县凯科咖啡有限公司只需修复速率和压力即可。要是要处治湍流可压缩流,则需要修复速率,压力,温度和湍流变量。对于多相流,将需要为每个相修复基本变量。·要是进行湍流点火或化学响应,则需要界说组分,化学响应以及湍流变量最小化界限近邻的网格偏畸度,非正交性,增长率和长宽比尽量幸免在垂直于界限且在进口和出口近邻的方进取出现较大的梯度。也即是说,使界限辨别策画区域内扰动的位置4 OpenFOAM中的界限条目

OpenFOAM中将界限类型差别为基本类型和数值类型量中。

对于基本类型界限:

基本类型的界限条目基于几何信息或处理器间通讯halo界限基本类型界限条目是在旅途constant/polyMesh中的boundary文献中界说的在生成或调度网格时会自动创建boundary文献将网格调度为OpenFOAM形态时,可能需要手动修改boundary文献,因为调度门径有可能无法识别原始网格的界限类型要是清寒基本类型界限条目或拼写造作,OpenFOAM会敷陈造作的位置和原因

对于数值类型界限:

数值类型界限条目将物理量值分拨给指定名义界限在旅途0中的场变量字典中界说了数值类型界限条目当道论数值类型界限条目时,物流设备频繁指的是Dirichlet,Neumann或Robin界限条目需要手动创建场变量字典(举例0/U,0/p,0/T,0/k,0/omega)要是清寒数值类型界限条目或拼写造作,OpenFOAM会敷陈造作的位置和原因

下表所示的基本类型与数值类型是疏导的:

基础类型数值类型constant/polyMesh/boundary文献0/U - 0/p - 0/T - 0/k - 0/omega等文献cycliccyclicAMIemptyprocessorsymmetrysymmetryPlanewedgecycliccyclicAMIemptyprocessorsymmetrysymmetryPlanewedge

这些界限在OpenFOAM中成为经管界限(constraint patch)。要思找到这些界限的无缺列表及源代码位置,不错干涉旅途$WM_PROJECT_DIR中,输入高唱:

find . d -iname *constraint*

基本类型patch不错是OpenFOAM中可用的任何界限条目,从数学上将,不错是Dirichlet, Neumann或Robin界限条目。如下表所示:

基础类型数值类型constant/polyMesh/boundary文献0/U - 0/p - 0/T - 0/k - 0/omega等文献patchadvectivecalculatedcodedFixedValueepsilonWallFunctionfixedValueinletOutletmovingWallVelocityrotatingWallVelocityslipsupersonicFreeStreamtotalPressurezeroGradient… 等等

基础界限wall界说为:

界限类型数值类型数值类型constant/polyMesh/boundary0/U0/pwalltype fixedValue;value uniform (0 0 0);zeroGradient

此界限条目不包含在基本类型界限条目patch中,不错在此界限条目上使用挑升的模子选项。

backflow出口界限,不错使用以下界限条目组合:

界限类型数值类型数值类型constant/polyMesh/boundary0/U0/ppatchtype inletOutlet;inletValue uniform (0 0 0);value uniform (0 0 0);type fixedValue;value uniform 0;

inletValue枢纽字用于回流处理。·这种情况下,要是流体复返策画区域,将使用通过枢纽字inletValue修复的值。不然它将使用zeroGradient界限条目。

外部空气能源学策画中典型的界限条目如下表所示:

界限描画压力速率湍流场进口面zeroGradientfixedValuefixedValue出口面fixedValueinletOutletinletOutlet壁面zeroGradientfixedValue壁面函数对称面symmetrysymmetrysymmetry周期面cycliccycliccyclic空面emptyemptyempty滑移壁面slipslipslip

壁面是不错为kqWallFunction, omegaWallFunction, nutkWallFunction等,如下表所示:

物理场壁面函数(高雷诺数)求解界限层(低雷诺数)nutnut-壁面函数fixedValue 0或一个较小值k,q,RkqRWallFunctionfixedValue 0或一个较小值epsilonepsilonWallFunctionzeroGradient或fixedValue 0或一个较小值omegaomegaWllFunctionomegaWallFunctionfixedValue 指定一个较大值zeta-fixedValue 0或一个较小值nuTilda-fixedValue 0或一个较小值

nut壁面函数不错是:nutkAtmRoughWallFunction, nutkRoughWallFunction, nutkWallFunction, nutLowReWallFunction, nutURoughWallFunction, nutUSpaldingWallFunction, nutUTabulatedWallFunction, nutUWallFunction, nutWallFunction。

临了,记着基本类型界限条目的称号和数值类型界限条目的称号必须疏导,不然OpenFOAM会给出造作辅导,绝顶是要是要从其他形态调度网格时。另外皮将称号分拨给界限时,不要使用空格。

OpenFOAM®竣事了好多界限条目。不错在以下目次中找到主要数值界限条目的源代码:$WM_PROJECT_DIR/src/finiteVolume/ fields/

湍流模子(壁函数)的壁界限条目位于以下目次中:$ WM_PROJECT_DIR/src/MomentumTransportModels/momentumTransportModels/derivedF vPatchFields/wallFunctions

要查找在OpenFOAM中竣事的通盘界限条目,请转到目次$WM_PROJECT_DIR并在终局中键入:

$> find . -type d -iname *fvPatch*$> find . -type d -iname *derivedFv*$> find . -type d -iname *pointPatch*

得回相关OpenFOAM®中通盘可用界限条目的更多信息,不错阅读Doxygen文档,也不错通过以下贯穿在线拜访文档:http://cpp.openfoam.org/v8/

5 boundary字典文献

举例底下的模子界限:

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与之对应的constant/polyMesh/boundary文献内容如下所示:

// 这里的3指的是界说的界限数目3(    // 指定了一个名为movingWall的界限    movingWall    {        // 界限类型为patch,基础界限        type patch;        // 构成界限的网格面数目,频繁不改        nFaces 20;        // 构成界限的肇始面编号,频繁不改        startFace 760;    }    // 界限的称号不错自便取,不要有空格    fixedWalls    {        // 界说了一个wall界限,基础界限        type wall;        nFaces 60;        startFace 780;    }    frontAndBack    {        // 界说了一个empty界限        // 示意策画的是2D文献        type empty;        nFaces 800;        startFace 840;    })
6 0/U文献

举例底下的界限条目:

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其对应的0/U文献如下所示:

dimensions      [0 1 -1 0 0 0 0];internalField   uniform (0 0 0);boundaryField{    // 这里的界限称号必须与boundary中的一致    movingWall    {        // 指定界限类型为固定值        type            fixedValue;        // 指定进口速率向量        value           uniform (1 0 0);    }    fixedWalls    {        type            fixedValue;        value           uniform (0 0 0);    }    frontAndBack    {        // empty类型保捏与boundary一致        type            empty;    }}
7 0/p文献

如底下的界限条目组合:

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对应的0/p文献:物流设备

dimensions      [0 2 -2 0 0 0 0];internalField   uniform 0;boundaryField{    // 必须与boundary文献中界限称号一致    movingWall    {        // 指定为零梯度界限        type            zeroGradient;    }    fixedWalls    {        type            zeroGradient;    }    frontAndBack    {        type            empty;    }}
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