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1、引言 这是开源场运算和操作 c+库类（openfoam）的使用指南。他详细描述了OpenFOAM的基本操作。首先通过第二章一系列教程练习。然后通过对更多的独立组件的更详细的描述学习openfoam。 Of 首先主要是一个c+库类，主要用于创建可执行文件，比如应用程序（application）。应用程序分成两类：求解器，都是为了解决特定的连续介质力学问题而设计的；公用工程，这些是为了执行包括数据操作等任务而设计的。Of 包括了数量众多的solver和utilities，牵涉的问题也比较广泛。将在第三章进行详尽的描述。 Of 的一个强项是用户可以通过必要的预备知识(包括数学，物理和编程技术)创建新
2、的solvers 和utilities。 Of 需要前处理和后处理环境。前处理、后处理接口就是of本身的实用程序（utilities），以此确保协调的数据传输环境。图1.1是of总体的结构。第4章和第五章描述了前处理和运行of 的案例。既包括用of提供的mesh generator划分网格也包括第三方软件生成的网格数据转换。第六章介绍后处理。 Chapter 2指导手册 在这一章中我们详细描述了安装过程，模拟和后进程处理一些OpenFOAM测试案例，以引导用户运行OpenFOAM的基本程序。 $FOAM_TUTORIALS 目录包含许多案件演示of提供的所有求解器以及许多共用程序的使用，在试图
3、运行教程之前，用户必须首先确保他们已经正确地安装了OpenFOAM。 该教程案件描述 blockMesh预处理工具的使用，paraFoam案例设置和运行OpenFOAM求解器及使用paraFoam进行后处理。使用OpenFOAM支持的第三方后处理软件的用户可以选择：他们要么可以按照教程使用paraFoam，或当需要后处理时参阅第六章的第三方软件使用说明。 OpenFOAM安装目录下的tutorials目录中所有的指导手册都是可复制的。教程根据流动类型分列在不同的目录下，对应子目录根据求解器slover分类。例如，所有icoFoam的案件存储在一个子目录“incompressible / ico
4、Foam”， incompressible表示流动类型为不可压。如果用户希望运行一套例子，建议该用户复制tutorials目录到本地运行目录。他们可以轻松的通过输入下边的命令来复制：mkdir -p $FOAM RUNcp -r $FOAM TUTORIALS $FOAM RUN2.1盖驱动腔流Lid-driven cavity flow 本节将介绍如何进行预处理，运行和后处理一个例子，涉及二维正方形区域内的等温，不可压缩流动。图2.1中几何体的所有边界都是由壁面。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，流动会假设为层流，将在均匀网格上使用icoFoam求解器来求解
5、层流等温不可压流动。在本教程中，将研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，流动雷诺数增加，必须使用用于恒温不可压缩紊流的pisoFoam求解器.2.1.1前处理 通过编辑实例文件在OpenFOAM中设置实例，用户应选择一个xeditor进行前处理，如emacs，vi，gedit，kate,nedit等。编辑文件可能在OpenFOAM中，因为I / O的目录格式的关键字意思很明确，很容易使没有经验的用户理解。 模拟实例涉及网格，流场，属性，控制参数等数据。如4.1节所述，在OpenFOAM，这些数据是存储在实例目录下的一组文件中，而不是单个实例文件，如许多其他流体力学软件包。实例
6、目录给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实例前的准备工作中，用户应打开该案例的目录： cd $FOAM RUN/tutorials/incompressible/icoFoam/cavity2.1.1.1生成网格 OF经常运行在三维直角坐标系统中，所有的几何形状都是三维的。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的均匀网格。块结构见图2.2。网格生成器是Op
7、enFOAM的blockMesh，根据一个输入文档blockMeshDict(在给定实例的constant/polyMesh目录下)中的指定描述生成网格。对该实例输入的blockMeshDict如下所示：11 format ascii;12 class dictionary;13 object blockMeshDict;14 15 / * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * /1617 convertToMeters 0.1;1819 vertices20 (21 (0 0 0)22
8、(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 (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
9、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，用寬显线表示。接下来是FoamFile子目录中的文件信息，用.大括号界定。注释（来自苏军伟博客）：FoamFile /文件头 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; /场的名字在手册其他部分： 为清楚起见并节省空间，文件头，包括寬显线及FoamFile子目录，将会
10、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），最后，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blockMeshDict文件上运行blockMesh生成网格。在这个实例目录中，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，所产生的错误信息直接引导用户到文件中产生问题的所在行。在该阶段不应该有错误。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
11、。案例设置开始时间t = 0 s，所以初始流场数据被设置在cavity目录下面的名字为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须设置。让我们来检验下文件p：17 dimensions 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 ty
12、pe empty; /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。36 37 3839/ * / 流场数据文件有3个主要的输入：dimensions：指定流场尺度（单位的指数），这里的运动学压力，即m2s-2（0 2 -2 0 0 0 0 ）（见第4.2.6节获取更多信息）;internalField：其内部文件数据可以是统一的，由单一值确定；不均匀时，流场所有值必须指定(详细信息见 4.2.8节 ）;boundaryField：边界的流场数据，包括边界条件和及所有边界块的数据（详细信息见4.2.8节）。 对于这个
13、腔体例子，边界仅由壁面组成，分为两种边界：（1）fixedWall: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代表二维情况下的前后两个块，因此必须设置为empty。 该实例中，正如大多数我们遇到的情况一样，初始场被设置为是均匀的。在这里，压力是运动学上的压力，作为一种不可压缩的情况，其绝对值是不相关，因此为方便起见设置为uniform 0。（为什么跟绝对值不相关？） 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须由由3个矢量表示，即均匀的（0 0 0）见第4.2.5节获取更多信息）。 对frontAndBack块，速度边界流场要求相同的边界条件。其他方向都是墙：固定墙需要假定无滑移条件，因此fixedValue 条件其值为统一（0 0 0）。顶面以1米每秒的速度沿x方向移动，因此也需要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目录树。对于这个icoFoam例子，唯一必须指定的运动粘度是存储在t
