OpenFOAM｜12 了解Sampling操作

本文介绍OpenFOAM中samping操作基础。

functionObject可以在求解过程中输出指定的物理量信息。当求解计算完毕后，可以选择使用Sampling获取特定位置物理信息，此时主要使用postProcess程序来实现。

利用postProcess进行采样，需要定义采样字典文件，这些文件位于system路径下，文件可以任意命名。当采样计算完毕后，算例路径中将会新建一个名为postProcessing的新文件夹，在该文件夹里面包含与字典文件同名的子目录，其中存储了采样获取的结果数据。

下面结合实际算例来进行描述。

如下图所示，算例文件system文件夹中包含两个字典文件probeDict及sampleDict，其中定义了取样操作所需的参数。

1、probesDict字典文件

该文件中定义了需要在计算域中进行取样的点。本算例取样点的位置如下图所示。

probesDict文件内容如下所示。

FoamFile
{
    version     2.0;
    format      ascii;
    class       dictionary;
    object      probesDict;
}
// * * * * * * * * * * * * * * * * * //
// 指定类型为probes
type probes;
 
// 指定需要提取的物理场
fields
(
    p
    U
);
 
// 取样点的坐标列表
probeLocations
(
    (1.0     0     0)
    (1.25     0     0)
    (1.5     0     0)
    (1.75     0     0)
    (2.0     0     0)
    (2.0     -0.25     0)
    (2.0     -0.5     0)
    (2.0    0 .25     0)
    (2.0    0 .5     0)
);

文件准备完毕后可以使用命令：

postProcess -func probeDict -time 2000

这里指定参数-time 2000，则只输出2000 s时刻的数据，若不指定此参数，则会每一时刻的数据。

运行完毕后，算例文件夹中的postProcessing路径下会多出一个名为probesDict的子文件夹，其中包含了2000 s时刻监测点位置的U与p的值。

对于本算例，2000/U文件中的内容如下所示，列举了所检测的9个点位置的速度分量：

# Probe 0 (1     0     0)
# Probe 1 (1.25     0     0)
# Probe 2 (1.5     0     0)
# Probe 3 (1.75     0     0)
# Probe 4 (2     0     0)
# Probe 5 (2     -0.25     0)
# Probe 6 (2     -0.5     0)
# Probe 7 (2     0.25     0)
# Probe 8 (2     0.5     0)
# Time    0               1              2             3           4             5            6            7           8             
2000     (1.0960031     -0.61045141     0) (1.0003352     -0.35057338     1.1984886e-20) (0.99511675     -0.22368641     -1.4884685e-20) (0.99587925     -0.17217799     6.8574687e-21) (0.99434334     -0.13173595     0) (0.85681371     -0.10854681     3.6035834e-20) (0.95135192     -0.1125737     2.353505e-20) (1.0221783     -0.12625997     -1.5616405e-20) (1.041875     -0.12290482     -6.6065831e-20)

文件2000/p内容如下所示，其列举了9个定位置的压力值：

# Probe 0 (1    0    0)
# Probe 1 (1.25    0    0)
# Probe 2 (1.5    0    0)
# Probe 3 (1.75    0    0)
# Probe 4 (2    0    0)
# Probe 5 (2    -0.25    0)
# Probe 6 (2    -0.5    0)
# Probe 7 (2    0.25    0)
# Probe 8 (2    0.5    0)
# Time    0    1    2    3    4    5    6    7    8             
2000       -0.60129439       -0.061042557      -0.020796443      -0.011252459      -0.0028472253      0.020868043       0.041151249       -0.030775763       -0.050775396

2、sampleDict字典文件

该文件定义了一条线，之后对该线上的物理量进行提取。

FoamFile
{
    version     2.0;
    format      ascii;
    class       dictionary;
    object      sampleDict;
}
// * * * * * * * * * * * * * * * //
// 指定类型为sets，通常可以为points及lines
type sets;
libs ("libsampling.so");
 
// 插值方式，可以是cellPoint、cellPointFace、
// cellPointWallModified或cell
interpolationScheme cellPoint;
 
// 文件存储格式
setFormat       raw;
surfaceFormat raw;
 
// 指定待取样的物理场
// 这里指定了速度与壁面剪切应力
// 本算例中并不能提取到壁面剪切应力
// 物理量不存在也没有关系
fields
(
    U
    wallShearStress
);
 
// 定义集合
sets
(
    profile0                       
    {                           
        // 指定几何类型为线
        type    lineCellFace;
           axis     distance;
        // 两个点确定一条线
        start    (    0.75150        0.04767        0    );
        end     (    0.76168        0.14715        0    );               
    }   
);
/////
// 若不清楚关键字选项，可以使用banana方法

执行以下命令提取数据：

postProcess -func sampleDict –time 2000

命令执行完毕后会在postProcessing文件夹中增加子文件夹sampleDict，并在其中存储采样数据。

可以使用gnuplot绘制速度分量沿直线长度的分布：

set xlabel 'length(m)'
set ylabel 'velocity(m/s)'
set key outside
plot 'profile0_U.xy' u 1:2 w l lw 2 lc 7 t 'u_x','' u 1:3 w l lw 2 t 'u_y','' u 1:4 w l lw 2 t 'u_z'  

如下图所示。

对于选用不同的数据集，其存储的文件形式有所不同。

如点集采样，对于标量场，其文件存储形式为：

#POINT_COORDINATES (X Y Z)        SCALAR_VALUE
0     0     0.05                                            13.310995
0     0     0.1                            1                    9.263215
...

若为矢量场，则其存储形式为：

#POINT_COORDINATES (X Y Z)        VECTOR_COMPONENTS (X Y Z)
0     0     0.05                                            0        0        13.310995
0     0     0.1                     0        0        19.263215
...

若采样集为线，则存储形式为：

#AXIS_COORDINATE                SCALAR_VALUE
0                                                                13.310995
0.0015                            1                          9.263215
...

若为矢量场，则其存储形式为：

#AXIS_COORDINATE                VECTOR_COMPONENTS (X Y Z)
0                                                                0        0        13.310995
0.0015                           0        0    19.263215
...

若采样的为表面，则存储形式

#POINT_COORDINATES (X Y Z)                SCALAR_VALUE
0        0        0.05                                                        13.310995
0        0        0.1                                                            19.263215
...

若为矢量场，则其存储形式为：

#POINT_COORDINATES (X Y Z)                VECTOR_COMPONENTS (X Y Z)
0        0        0.05                                                        0        0        13.310995
0    0        0.1                             0        0        19.263215
...