本算例利用OpenFOAM中的simpleFoam求解器计算摩托车外流场。

算例路径：$FOAM_TUTORIALS/incompressible/simpleFoam/motorBike/

”

1 文件准备

运行命令：

cd $FOAM_RUN
cp -r $FOAM_TUTORIALS/incompressible/simpleFoam/motorBike/ .
cd motorBick
cp $FOAM_TUTORIALS/resources/geometry/motorBike.obj.gz ./constant/triSurface/
gzip -d ./constant/triSurface/motorBike.obj.gz

本案例采用snappyHexMesh进行网格生成，几何文件放置在constant/triSurface文件夹中。可以利用ParaView打开此几何文件motorBike.obj文件，如下图所示。obj是一种通用几何格式文件，可以利用其它CAD打开进行查看及修改。

注：用不惯SnappyHexMesh的话，可以在其它前处理软件中生成网格，然后再转换为OpenFOAM网格。

”

2 网格生成及边界条件指定

snappyHexMesh网格生成分为两步：首先利用blockMesh生成背景网格，然后使用snappyHexMesh生成最终网格。由于本案例几何较为复杂，网格生成时间较长，可以采用并行方式进行网格生成。

2.1 blockMesh生成背景网格

在进行网格生成之前，可以提取几何特征，采用surfaceFeatures进行提取。在system文件夹中包含字典文件surfaceFeaturesDict。

FoamFile
{
    version     2.0;
    format      ascii;
    class       dictionary;
    object      surfaceFeaturesDict;
}
// * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * //
// 指定几何文件名，几何文件需要放到文件夹/constant/triSurface中
surfaces ("motorBike.obj");

// 指定面识别角度。当两个面之间的夹角大于此处指定的角度时，会被认为是一个面
includedAngle       150;
 
subsetFeatures
{
    // 保留多重边（多重边指的是两个或两个以上的面的交线）
    nonManifoldEdges       no; 
    // 指定是否保留开放的边界，yes表示保留
    openEdges       yes;
}

运行命令提取几何特征：

surfaceFeatures

运行命令blockMesh生成背景网格。

blockMesh

在system文件夹中包含有字典文件blockMeshDict，其中规定了背景网格参数及边界。

FoamFile
{
    version     2.0;
    format      ascii;
    class       dictionary;
    object      blockMeshDict;
}
// * * * * * * * * * * * * * * //
convertToMeters 1;
// 这里指定了计算区域的大小 
vertices
(
    (-5 -4 0)
    (15 -4 0)
    (15  4 0)
    (-5  4 0)
    (-5 -4 8)
    (15 -4 8)
    (15  4 8)
    (-5  4 8)
);
 
blocks
(
    hex (0 1 2 3 4 5 6 7) (20 8 8) simpleGrading (1 1 1)
);
 
edges
(
);
 
boundary
(
    frontAndBack
    {
        type patch;
        faces
        (
            (3 7 6 2)
            (1 5 4 0)
        );
    }
    inlet
    {
        type patch;
        faces
        (
            (0 4 7 3)
        );
    }
    outlet
    {
        type patch;
        faces
        (
            (2 6 5 1)
        );
    }
    lowerWall
    {
        type wall;
        faces
        (
            (0 3 2 1)
        );
    }
    upperWall
    {
        type patch;
        faces
        (
            (4 5 6 7)
        );
    }
);

利用blockMesh生成了一个尺寸20*8*8的方形计算空间，同时指定了5个边界：frontAndBack、inlet、outlet、lowerWall及upperWall。

2.2 指定边界条件

在定义边界条件时，可以利用#include指令随时加载需要的数据。

这里准备了三个文件（fixedInlet、frontBackUpperPatches、initialConditions），后面在不同的边界中直接包含。其实也可以在需要的地方直接写入。

1、fixedInlet文件

该文件放置了入口边界条件。

inlet
{
    type  fixedValue;
    value $internalField;
}

2、frontBackUpperPatches文件

此文件定义了上壁面与侧壁面边界。

upperWall
{
    type slip;
}
 
frontAndBack
{
    type slip;
}

3、initialConditions

该文件中存放了一些常数，如速度、压力等信息。

flowVelocity         (20 0 0);
pressure             0;
turbulentKE          0.24;
turbulentOmega       1.78;

4、U文件

FoamFile
{
    version     2.0;
    format      ascii;
    class       volVectorField;
    location    "0";
    object      U;
}
// * * * * * * * * * * * * * // 
#include        "include/initialConditions"
dimensions      [0  1  -1  0  0  0  0];
// $flowVelocity的值在initialConditions文件中已经定义为 (20 0 0)
internalField   uniform $flowVelocity;
boundaryField
{
    // 直接包含caseDicts/setConstraintTypes文件，该文件定义了边界类型
    #includeEtc "caseDicts/setConstraintTypes"
    // 将定义了入口速度的文件包含进来
    #include "include/fixedInlet"
    outlet
    {
        type            inletOutlet;
        inletValue      uniform (0 0 0);
        value           $internalField;
    }
 
    lowerWall
    {
        type            fixedValue;
        value           $internalField;
    }
 
    motorBikeGroup
    {
        type            noSlip;
    }
    #include "include/frontBackUpperPatches"
}

5、p文件

p文件与U文件类似。

FoamFile
{
    version     2.0;
    format      ascii;
    class       volScalarField;
    object      p;
}
// * * * * * * * * * * * * * * // 
#include        "include/initialConditions" 
dimensions      [0  2  -2  0  0  0  0];
//$pressure在initialConditions文件中定义为0
internalField   uniform $pressure;
boundaryField
{
    //- Set patchGroups for constraint patches
    #includeEtc "caseDicts/setConstraintTypes"
    inlet
    {
        type            zeroGradient;
    }
 
    outlet
    {
        type            fixedValue;
        value           $internalField;
    }
 
    lowerWall
    {
        type            zeroGradient;
    }
 
    motorBikeGroup
    {
        type            zeroGradient;
    }
 
    #include "include/frontBackUpperPatches"
}
 

6、k文件

FoamFile
{
    version     2.0;
    format      ascii;
    class       volScalarField;
    object      k;
}
// * * * * * * * * * * * * * * * * * * * // 
#include        "include/initialConditions" 
dimensions      [0  2  -2  0  0  0  0]; 
internalField   uniform $turbulentKE;
 
boundaryField
{
    //- Set patchGroups for constraint patches
    #includeEtc "caseDicts/setConstraintTypes"
 
    //- Define inlet conditions
    #include "include/fixedInlet"
 
    outlet
    {
        type            inletOutlet;
        inletValue      $internalField;
        value           $internalField;
    }
 
    lowerWall
    {
        type            kqRWallFunction;
        value           $internalField;
    }
 
    motorBikeGroup
    {
        type            kqRWallFunction;
        value           $internalField;
    }
 
    #include "include/frontBackUpperPatches"
}

7、omega文件

FoamFile
{
    version     2.0;
    format      ascii;
    class       volScalarField;
    object      omega;
}
// * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * // 
#include        "include/initialConditions" 
dimensions      [0  0  -1  0  0  0  0];
 
internalField   uniform $turbulentOmega;
 
boundaryField
{
    //- Set patchGroups for constraint patches
    #includeEtc "caseDicts/setConstraintTypes" 
    #include "include/fixedInlet" 
    outlet
    {
        type            inletOutlet;
        inletValue      $internalField;
        value           $internalField;
    }
 
    lowerWall
    {
        type            omegaWallFunction;
        value           $internalField;
    }
 
    motorBikeGroup
    {
        type            omegaWallFunction;
        value           $internalField;
    }
 
    #include "include/frontBackUpperPatches"
}

8、nut文件

FoamFile
{
    version     2.0;
    format      ascii;
    class       volScalarField;
    location    "0";
    object      nut;
}
// * * * * * * * * * * * * * * * * * * * // 
dimensions      [0  2  -1  0  0  0  0]; 
internalField   uniform 0;
 
boundaryField
{
    //- Set patchGroups for constraint patches
    #includeEtc "caseDicts/setConstraintTypes"
 
    frontAndBack
    {
        type            calculated;
        value           uniform 0;
    }
 
    inlet
    {
        type            calculated;
        value           uniform 0;
    }
 
    outlet
    {
        type            calculated;
        value           uniform 0;
    }
 
    lowerWall
    {
        type            nutkWallFunction;
        value           uniform 0;
    }
 
    upperWall
    {
        type            calculated;
        value           uniform 0;
    }
 
    motorBikeGroup
    {
        type            nutkWallFunction;
        value           uniform 0;
    }
}
 

2.3 并行参数字典

并行参数字典decomposeParDict位于system文件夹下。

FoamFile
{
    version     2.0;
    format      ascii;
    class       dictionary;
    object      decomposeParDict;
}
 
// * * * * * * * * * * * * * * //
 
numberOfSubdomains 16;
method          hierarchical;
 
simpleCoeffs
{
    n               (4 1 1);
    delta           0.001;
}
 
hierarchicalCoeffs
{
    n               (4 4 1);
    delta           0.001;
    order           xyz;
}
 
manualCoeffs
{
    dataFile        "cellDecomposition";
}

其中主要设置两个参数：

• method：区域分解算法，通常有四种方法simple、hierarchical、scotch、manual
• numberOfSubdomains：区域分解数量，可设置为比CPU核数稍微小一点

详细设置参数可以参阅文档：https://cfd.direct/openfoam/user-guide/v8-running-applications-parallel/

字典文件准备完毕后就可以使用命令对区域进行分割了。

decomposePar -copyZero

2.4 网格生成

这里使用snappyHexMesh生成最终网格，需要准备网格参数字典文件snappyHexMeshDict，该文件位于system文件夹下。

此文件包含内容较多，这里就不详述了。

文件准备完毕后，可以采用并行方式运行snappyHexMesh。

mpirun -np 16 snappyHexMesh -overwrite -parallel

等待较长时间运行完毕后如下图所示。

此时可以在ParaView中查看网格。

4 执行计算

执行命令：

mpirun -np 16 potentialFoam -parallel
mpirun -np 16 simpleFoam -parallel

计算完毕后执行命令组装完成最终结果：

reconstructParMesh -constant
reconstructPar -latestTime

计算完毕可查看速度分布如下图所示。

注：若觉得reconstructPar非常耗费时间的话，也可以直接使用paraFoam -builtin读入算例文件进行后处理。

”