08、【算例】openfoam潰壩

来源:https://www.cnblogs.com/dbai/archive/2023/04/01/17278927.html
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7.1 潰壩 官網 目錄：$FOAM_TUTORIALS/multiphase/interFoam/laminar/damBreak 7.1.1 介紹 本案例使用interFoam兩相演算法，基於流體體積分數（VOF）法，每個網格中的相體積分數（alpha）通過求解一個組分運輸方程確定。物理屬性基於這 ...


7.1 潰壩

官網
目錄：$FOAM_TUTORIALS/multiphase/interFoam/laminar/damBreak

7.1.1 介紹

本案例使用interFoam兩相演算法，基於流體體積分數（VOF）法，每個網格中的相體積分數（alpha）通過求解一個組分運輸方程確定。物理屬性基於這個相分數通過加權平均計算。
image.png

7.1.2 網格生成

blockMesh

7.1.3 邊界條件

最頂端atmosphere邊界設置為patch

// 0/U
boundaryField
{
	...
    atmosphere
    {
        type            pressureInletOutletVelocity; // 對所有分量應用zeroGradient條件，當流動為入流時，對邊界切向的分量應用fixedValue；
        value           uniform (0 0 0);
    }
    defaultFaces
    {
        type            empty;
    }
}

// 0/p_rgh
boundaryField
{
	...
    atmosphere
    {
        type            totalPressure; // 一種fixedValue條件，利用指定的總壓p0和當地速度U計算獲得；
        p0              uniform 0;
    }

    defaultFaces
    {
        type            empty;
    }
}

// 0/alpha.water.orig
boundaryField
{
	...
    atmosphere
    {
        type            inletOutlet; // 出流時為zeroGradient，入流時則為fixedValue條件；
        inletValue      uniform 0;
        value           uniform 0;
    }

    defaultFaces
    {
        type            empty;
    }
}
// ************************************************************************* //

所有壁面邊界處，壓力場採用fixedFluxPressure邊界條件，它自動調整壓力梯度使邊界通量符合速度邊界條件。

boundaryField
{
    leftWall
    {
        type            fixedFluxPressure; // 
        value           uniform 0;
    }

    rightWall
    {
        type            fixedFluxPressure;
        value           uniform 0;
    }

    lowerWall
    {
        type            fixedFluxPressure;
        value           uniform 0;
    }
}

defaultFaces代表此2維問題的前後面，像往常一樣，是empty類型

    defaultFaces
    {
        type            empty;
    }

7.1.4 設置初場

相當於fluent中的patch，patch出一個水域。
boxToCell通過定義一個最小和最大的向量來創建一個盒子區域，在此區域內為水相，water被設置為1.
在執行setFields之前，先備份0目錄下的alpha.water.org（備份文件）為alpha.water。因為setFields工具從文件讀取場並重新定義這些場，然後把它們重新寫入文件，原始文件會被覆蓋，所以需要備份。

/*--------------------------------*- 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 // 場內預設為空氣
);

regions
(
    boxToCell
    {
        box (0 0 -1) (0.1461 0.292 1); // 對應坐標如下
        fieldValues
        (
            volScalarFieldValue alpha.water 1
        );
    }
);
// ************************************************************************* //

image.png
image.png

使用paraFoam -builtin後處理查看

7.1.5 流體特性

constant/transportProperties

/*--------------------------------*- C++ -*----------------------------------*\
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     \\/     M anipulation  |
\*---------------------------------------------------------------------------*/
FoamFile
{
    format      ascii;
    class       dictionary;
    location    "constant";
    object      transportProperties;
}
// * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * //

phases (water air); // 兩相

water
{
    transportModel  Newtonian; // 牛頓流體
    nu              1e-06; // 運動粘度
    rho             1000; // 密度
}

air
{
    transportModel  Newtonian;
    nu              1.48e-05;
    rho             1;
}

sigma            0.07; // 錶面張力

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

Newtonian為牛頓流體，CrossPowerLawCoeffs為非牛頓流體。

重力場

/*--------------------------------*- C++ -*----------------------------------*\
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     \\/     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++ -*----------------------------------*\
  =========                 |
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     \\/     M anipulation  |
\*---------------------------------------------------------------------------*/
FoamFile
{
    format      ascii;
    class       dictionary;
    location    "constant";
    object      momentumTransport;
}
// * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * //

simulationType  laminar;  // 層流


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

7.1.7 時間步長

設置adjustTimeStep為on，表示自動調整時間步長，並設置最大庫郎書和最大相場庫郎數為1.
設置writeContral為adjustableRunTime，表示強制調整一時間點正好為輸出結果的時間。因為自動調整時間步長之後，如果按照固定時間步長間隔保存結果會比較亂，所以需要強制調整。

/*--------------------------------*- C++ -*----------------------------------*\
  =========                 |
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     \\/     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; // 重點

writeInterval   0.05;

purgeWrite      0;

writeFormat     binary;

writePrecision  6;

writeCompression off;

timeFormat      general;

timePrecision   6;

runTimeModifiable yes;

adjustTimeStep  yes; // 重點

maxCo           1; // 重點
maxAlphaCo      1; // 重點

maxDeltaT       1;


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

7.1.8 離散求解

/*--------------------------------*- C++ -*----------------------------------*\
  =========                 |
  \\      /  F ield         | OpenFOAM: The Open Source CFD Toolbox
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    \\  /    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 矩陣求解

nAlphaSubCycles：a方程中子迴圈的數目，子迴圈是一個給定時間步內對一個方程附加求解。可以再不降低時間步長的情況下保證解的穩定性。

/*--------------------------------*- 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 計算

interFoam | tee log

800

7.1.11 並行計算

如果採用並行計算，程式根據system/decomposeParDict求解.
numberOfSubdomains：指定算例分割子區域數量，即處理器數
simpleCoeffs中，應滿足x * y = numberOfSubdomains
這個算例使用2個處理器並行計算。

/*--------------------------------*- C++ -*----------------------------------*\
  =========                 |
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    \\  /    A nd           | Version:  9
     \\/     M anipulation  |
\*---------------------------------------------------------------------------*/
FoamFile
{
    format      ascii;
    class       dictionary;
    location    "system";
    object      decomposeParDict;
}
// * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * //

numberOfSubdomains 2; // 重點

method          simple;

simpleCoeffs
{
    n               (1 2 1); // 重點
}

hierarchicalCoeffs
{
    n               (1 1 1);
    order           xyz;
}

manualCoeffs
{
    dataFile        "";
}

distributed     no;

roots           ( );


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

如果使用4個，我這裡使用的虛擬機，會報錯，提示核數不夠。

分割

decomposePar

image.png
並行計算

mpirun -np 2 interFoam -parallel > log

image.png
查看paraFoam -builtin -case processor0，為一半
800
合併結果

reconstructPar

800
後處理

paraFoam -builtin

800


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