1 计算模型

本案例计算模型如图所示。

几何尺寸如图所示。

本案例采用2D计算，建模过程中需要创建沿法向方向的厚度。

2 文件准备

• 利用以下命令拷贝文件到当前路径

cd $FOAM_RUN
cp -r $FOAM_TUTORIALS/compressible/rhoPimpleFoam/laminar/forwardStep .

文件执行如图所示。

注：图中输入命令时采用了Tab键辅助输入，导致$FOAM_TUTORIALS被自动展开。

• 采用命令进入forwardStep目录，查看目录下的文件组织

cd forwardStep
tree

执行后显示如下图所示。

注：

• tree命令需要单独安装，Ubuntu系统下可以使用命令sudo apt-get install tree进行安装。该命令可以将文件夹组织结构以树形显示出来。

• 本案例采用rhoPimpleFoam进行求解，该求解器可以用于求解流体可压缩流动，可适用于亚音速流动，也可用于求解跨/超音速流动。在OpenFOAM V1906版本中，该求解器对应为sonicFoam。

3 网格准备

本案例采用OpenFOAM内置的blockMesh程序生成计算网格，该程序采用分块方式生成六面体计算网格。所有关于网格划分的数据均包含在文件blockMeshDict中。

案例几何模型可如下图所示进行拆解。

注：

• blockMesh采用的是分块生成六面体网格，因此在构造几何模型过程中需要预先构造六面体块。

• 这里的几何厚度0.1m并不是确定的，实际上可以指定任意尺寸的厚度，在网格划分过程中，指定厚度方向网格为1层

• 采用以下命令打开文件blockMeshDict

gedit system/blockMeshDict

注：这里的gedit是文本编辑器，若提示无法找到该应用程序，可利用命令sudo apt-get install gedit进行安装。

该文件内容包括：

FoamFile
{
   version 2.0;
   format ascii;
   class       dictionary;
   object blockMeshDict;
}

convertToMeters 1;

vertices
(
  (0 0 -0.05)
  (0.6 0 -0.05)
  (0 0.2 -0.05)
  (0.6 0.2 -0.05)
  (3 0.2 -0.05)
  (0 1 -0.05)
  (0.6 1 -0.05)
  (3 1 -0.05)
  (0 0 0.05)
  (0.6 0 0.05)
  (0 0.2 0.05)
  (0.6 0.2 0.05)
  (3 0.2 0.05)
  (0 1 0.05)
  (0.6 1 0.05)
  (3 1 0.05)
);

blocks
(
   hex (0 1 3 2 8 9 11 10) (25 10 1) simpleGrading (1 1 1)
   hex (2 3 6 5 10 11 14 13) (25 40 1) simpleGrading (1 1 1)
   hex (3 4 7 6 11 12 15 14) (100 40 1) simpleGrading (1 1 1)
);

edges
(
);

boundary
(
   inlet
  {
       type patch;
       faces
      (
          (0 8 10 2)
          (2 10 13 5)
      );
  }
   outlet
  {
       type patch;
       faces
      (
          (4 7 15 12)
      );
  }
   bottom
  {
       type symmetryPlane;
       faces
      (
          (0 1 9 8)
      );
  }
   top
  {
       type symmetryPlane;
       faces
      (
          (5 13 14 6)
          (6 14 15 7)
      );
  }
   obstacle
  {
       type patch;
       faces
      (
          (1 3 11 9)
          (3 4 12 11)
      );
  }
);

mergePatchPairs
(
);

该文件中包含了几何定义、网格尺寸划分以及边界组织。

3.1 几何定义

几何定义代码段如下。

convertToMeters 1;

vertices
(
    (0 0 -0.05)
    (0.6 0 -0.05)
    (0 0.2 -0.05)
    (0.6 0.2 -0.05)
    (3 0.2 -0.05)
    (0 1 -0.05)
    (0.6 1 -0.05)
    (3 1 -0.05)
    (0 0 0.05)
    (0.6 0 0.05)
    (0 0.2 0.05)
    (0.6 0.2 0.05)
    (3 0.2 0.05)
    (0 1 0.05)
    (0.6 1 0.05)
    (3 1 0.05)
);

该代码段内容解释：

• convertToMeters 1：表示后续的尺寸采用米作为单位

• vertices：定义了16个点的坐标，注意坐标点的顺序。这里的点编号为从0~15

3.2 网格定义

网格定义代码如下：

blocks
(
   hex (0 1 3 2 8 9 11 10) (25 10 1) simpleGrading (1 1 1)
   hex (2 3 6 5 10 11 14 13) (25 40 1) simpleGrading (1 1 1)
   hex (3 4 7 6 11 12 15 14) (100 40 1) simpleGrading (1 1 1)
);

hex (0 1 3 2 8 9 11 10) (25 10 1) simpleGrading (1 1 1)

• 六面体块由编号为0 1 3 2 8 9 11 10的顶点所构成。需要注意顶点顺序必须是连续的

• (25 10 1)表示沿x方向生成25个网格，y方向10个网格，z方向1个网格

• simpleGrading(1 1 1)表示网格在x,y,z三方向为均匀分布

本案例共生成了3个块。

3.3 边界定义

手工指定边界面由哪些顶点构成。这部分代码如下：

boundary
(
   inlet
  {
       type patch;
       faces
      (
          (0 8 10 2)
          (2 10 13 5)
      );
  }
   outlet
  {
       type patch;
       faces
      (
          (4 7 15 12)
      );
  }
   bottom
  {
       type symmetryPlane;
       faces
      (
          (0 1 9 8)
      );
  }
   top
  {
       type symmetryPlane;
       faces
      (
          (5 13 14 6)
          (6 14 15 7)
      );
  }
   obstacle
  {
       type patch;
       faces
      (
          (1 3 11 9)
          (3 4 12 11)
      );
  }
);

关于此段代码：

• 一共包含5个边界，其边界名称分别为inlet、outlet、bottom、top以及obstacle，边界类型分别为：patch、patch、symmetryPlane、symmetryPlane、patch

• 一个边界可以包含多个faces

• 所有的面由顶点构成。如bottom边界由1个面构成，该面由4个顶点(0 1 9 8)所组成

3.4 生成网格

• 输入命令

cd $FOAM_RUN/forwardStep
blockMesh

运行界面如图所示。

• 网格生成完毕后输入命令paraFoam打开prarview查看网格

可以看到沿厚度方向只有1层计算网格。

此时constant文件夹中多出了一个名为polyMesh的文件夹，如下图所示，该文件夹中包含了网格的所有信息。

检查一下boundary文件的内容，确保边界名称及类型无误，该文件内容如图所示。

如图所示多出了一个名为defaultFaces的边界，且指定其类型为empty。

本案例其他内容（如介质参数、边界条件、物理模型、计算控制参数设置略过，在后续的教程中再进行详述。

4 总结

本案例采用blockMesh进行几何创建及网格划分，事实上也可以在其他网格生成软件中创建计算网格，然后采用命令方式导入计算网格到OpenFOAM中。

blockMesh的操作稍微复杂一些，不过如果理解分块网格的思想的话，应该也很容易理解。

建议自己动手尝试修改网格参数并查看计算网格的变化。

本篇文章来源于微信公众号: CFD之道