本案例演示利用OpenFOAM的icoFoam求解器计算弯曲管道中的混合流动问题。

1 拷贝tutorials文件

启动终端，且拷贝tutorials文件夹中的文件。利用命令:

cp -r $FOAM_TUTORIALS/incompressible/icoFoam/elbow/ $FOAM_RUN

将案例文件拷贝到了$FOAM_RUN路径中。

此时可以利用命令查看目录结构:

tree $FOAM_RUN/elbow

查询结果如下图所示。

$ tree $FOAM_RUN/elbow

/home/ofuser/blueCFD/ofuser-of4/run/elbow

├── 0

│   ├── p

│   └── U

├── Allclean

├── Allrun

├── constant

│   └── transportProperties

├── elbow.msh

└── system

    ├── controlDict

    ├── foamDataToFluentDict

    ├── fvSchemes

    └── fvSolution

3 directories, 10 files

包含三个文件夹：0、constant以及system。

2 转换网格

案例中的网格使用的是msh文件，这里要通过命令将其转化为openfoam网格。

采用命令：

cd $FOAM_RUN/elbow

fluentMeshToFoam elbow.msh

如下图所示。

注：Fluent提供了众多的工具用于将外部网格文件转换为OpenFOAM网格

3 case结构

OpenFOAM的case组织结构如如所示。

包含三个基本文件夹：

0：存储物理量的初始值
constant：存储网格参数、边界条件以及物理属性（如材料参数、湍流参数等）
system：存储一些求解控制参数

4 设置0文件夹

本案例中0文件夹中包含两个文件：p文件与U文件，分别设置初始时刻的压力与速度。

4.1 修改p文件

利用文本编辑器打开p文件。在blueCFD中可以使用命令(先进入0目录，然后用nano打开p文件)：

cd 0

nano p

注意：在不同的linux系统中可以使用不同的文本编辑器，如在ubuntu系统中，可以使用gedit、nano或vi

/*--------------------------------*- C++ -*----------------------------------*\

| =========                 |                                                 |

| \\      /  F ield         | OpenFOAM: The Open Source CFD Toolbox           |

|  \\    /   O peration     | Version:  4.x                                   |

|   \\  /    A nd           | Web:      www.OpenFOAM.org                      |

|    \\/     M anipulation  |                                                 |

\*---------------------------------------------------------------------------*/

FoamFile

{

    version     2.0;

    format      ascii;

    class       volScalarField;

    object      p;

}

// * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * //

dimensions      [0 2 -2 0 0 0 0];

internalField   uniform 0;

boundaryField

{

    wall-4

    {

        type            zeroGradient;

    }

    velocity-inlet-5

    {

        type            zeroGradient;

    }

    velocity-inlet-6

    {

        type            zeroGradient;

    }

    pressure-outlet-7

    {

        type            fixedValue;

        value           uniform 0;

    }

    wall-8

    {

        type            zeroGradient;

    }

    frontAndBackPlanes

    {

        type            empty;

    }

}

// ************************************************************************* //

文件内容：

压力单位是m2/s2。OpenFOAM不可压缩求解器中压力定义为单位质量的压力。即压力与密度的比值。
量纲矩阵：[质量长度时间温度物质的量]
internalField关键字定义的是求解区域中的物理量
边界类型：zeroGradient、fixedValue及empty。

关于OpenFOAM中的边界类型：

zeroGradient：边界物理量梯度为0。（Neumann边界）
fixedValue：边界物理量为定值。（Direchlet边界）
empty：在利用2D模型模拟3D情况时，侧边同城设定为empty边界，在计算过程中，此边界并不参与求解。

当fixedvalue的值与internalField的值相同时，fixedValue边界与zeroGradient边界等效。

4.2 U文件

U文件中指定边界速度值。利用文本编辑器打开U文件。

/*--------------------------------*- C++ -*----------------------------------*\

| =========                 |                                                 |

| \\      /  F ield         | OpenFOAM: The Open Source CFD Toolbox           |

|  \\    /   O peration     | Version:  4.x                                   |

|   \\  /    A nd           | Web:      www.OpenFOAM.org                      |

|    \\/     M anipulation  |                                                 |

\*---------------------------------------------------------------------------*/

FoamFile

{

    version     2.0;

    format      ascii;

    class       volVectorField;

    object      U;

}

// * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * //

dimensions      [0 1 -1 0 0 0 0];

internalField   uniform (0 0 0);

boundaryField

{

    wall-4

    {

        type            noSlip;

    }

    velocity-inlet-5

    {

        type            fixedValue;

        value           uniform (1 0 0);

    }

    velocity-inlet-6

    {

        type            fixedValue;

        value           uniform (0 3 0);

    }

    pressure-outlet-7

    {

        type            zeroGradient;

    }

    wall-8

    {

        type            noSlip;

    }

    frontAndBackPlanes

    {

        type            empty;

    }

}

// ************************************************************************* //

文件中指定边界velocity-inlet-5的速度为x方向1m/s，velocity-inlet-6边界速度为y方向3m/s。

本案例中U文件不需要修改。

5 constant目录

constant目录下保存了网格数据与物性参数等。

├── polyMesh

│   ├── boundary

│   ├── cellZones

│   ├── faces

│   ├── faceZones

│   ├── neighbour

│   ├── owner

│   ├── points

│   └── pointZones

└── transportProperties

1 directory, 9 files

本案例中的网格来自于外部转化，因此不需要修改polyMesh文件夹中的内容。

transportProperties文件中存储了传输属性参数，用文本文件打开来看。

nano transportProperties

此文件的内容：

/*--------------------------------*- C++ -*----------------------------------*\

| =========                 |                                                 |

| \\      /  F ield         | OpenFOAM: The Open Source CFD Toolbox           |

|  \\    /   O peration     | Version:  4.x                                   |

|   \\  /    A nd           | Web:      www.OpenFOAM.org                      |

|    \\/     M anipulation  |                                                 |

\*---------------------------------------------------------------------------*/

FoamFile

{

    version     2.0;

    format      ascii;

    class       dictionary;

    location    "constant";

    object      transportProperties;

}

// * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * //

nu              [0 2 -1 0 0 0 0] 0.01;

// ************************************************************************* //

此文件中只是定义了粘度为0.01 m2/s。在不可压缩流动中，只需要定义此参数。

6 system目录

system目录下包含四个文件。

.

├── controlDict

├── foamDataToFluentDict

├── fvSchemes

└── fvSolution

0 directories, 4 files

fvShceme：该文件中定义了求解过程中所采用的各种离散格式。
fvSolution：该文件包含压力速度耦合方法、用于求解差分量的数值方法，以及收敛残差等。
controlDict：此文件中定义了各种求解控制参数，如时间步长、文件保存间隔等。
foamDataToFluentDict：此文件只有当使用了fluentMeshToFoam命令才会出现，一般情况下不用修改。

本案例需要关注的是文件controlDict。用文本文件打开此文件，修改endTime为75。其他参数保持默认。

/*--------------------------------*- C++ -*----------------------------------*\

| =========                 |                                                 |

| \\      /  F ield         | OpenFOAM: The Open Source CFD Toolbox           |

|  \\    /   O peration     | Version:  4.x                                   |

|   \\  /    A nd           | Web:      www.OpenFOAM.org                      |

|    \\/     M anipulation  |                                                 |

\*---------------------------------------------------------------------------*/

FoamFile

{

    version     2.0;

    format      ascii;

    class       dictionary;

    location    "system";

    object      controlDict;

}

// * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * //

application     icoFoam;

startFrom       latestTime;

startTime       0;

stopAt          endTime;

endTime         75;

deltaT          0.05;

writeControl    timeStep;

writeInterval   20;

purgeWrite      0;

writeFormat     ascii;

writePrecision  6;

writeCompression off;

timeFormat      general;

timePrecision   6;

runTimeModifiable true;

// ************************************************************************* //

7 求解计算

在case路径下输入命令：

icoFoam

计算自动进行，直至求解完成。

8 计算后处理

输入命令：

paraFoam

系统启动paraView进行后处理。

速度分布如图所示。

压力分布如图所示。

巴特西

【OpenFOAM案例】01 elbow