前言：很多人说OpenFOAM很难，要啃上很多的理论书籍，什么流体力学、计算流体力学、矩阵理论、线性代数、数值计算、C++程序设计神马的，看看光这一堆书就能吓倒绝大多数的人。其实我们并不一定要从这些基础的东西入手，我觉得要学习使用一个工具，首先使它运转起来才是最靠谱的。通过大量实例练习，做多了自然就能有所感悟。

前面讲到了利用icoFoam求解器计算弯曲管道中流体混合问题。现在来自己动手做一个简单的案例，还是利用icoFoam求解器。icoFoam求解器计算的是瞬态不可压层流流动问题，是OpenFOAM中最简单的求解器之一。

有亲们留言说不知道什么是OpenFOAM，可以查看此文：【一起学OpenFoam】01 OpenFoam的优势。不知道OpenFOAM如何安装的，可以看此文：【一起学OpenFOAM】02 软件准备。

关于此求解器内部实现原理，我们以后再慢慢剖析，一开始就讲一大堆的公式推导会吓坏小朋友的。闲话少说，我们来开始我们的案例。

案例描述

一个非常简单的管道流动问题。

我们不强调问题多复杂，只关注OpenFOAM解决问题的思路。

流体流经一个直径0.01m，长度0.5m的管道，计算其内部流场。流体介质为水，密度1000kg/m3，动力粘度0.001 pa.s，入口流速0.1 m。

雷诺数：

几何及网格如图所示。在ICEM CFD中创建几何并划分网格，各边界命名如图所示。生成并输出网格pipe.msh。

OpenFOAM准备

本案例采用icoFoam求解器进行求解。因此先从tutorials文件夹中拷贝一个icoFoam模板，我们这里还是使用前面的elbow文件夹。

在此之前，先创建一个工作文件夹。我用命令在run路径下创建文件夹pipe。

mkdir $FOAM_RUN/pipe

之后利用命令copy一个elbow文件夹到pipe下面。

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

这样的话，pipe文件夹下就有了elbow文件夹。如果有洁癖的话，可以把elbow文件夹命名为pipe，或者把elbow文件夹下的文件copy到pipe文件夹下，然后删除掉elbow。这里懒得折腾，直接进入到elbow路径下，并把前面生成的pipe.msh文件拷贝到elbow文件夹下。

网格转换

进入到elbow目录下，利用命令：

fluentMeshToFoam pipe.msh

此命令将网格pipe.msh转化为OpenFOAM能够识别的网格文件。

elbow目录如下所示：

├── 0 │   ├── p │   └── U ├── Allclean ├── Allrun ├── constant │   ├── polyMesh │   │   ├── boundary │   │   ├── cellZones │   │   ├── faces │   │   ├── faceZones │   │   ├── neighbour │   │   ├── owner │   │   ├── points │   │   └── pointZones │   └── transportProperties ├── elbow.msh ├── pipe.msh └── system     ├── controlDict     ├── foamDataToFluentDict     ├── fvSchemes     └── fvSolution 4 directories, 19 files

此时可以查看polyMesh文件夹下的boundary文件。文件内容为：

FoamFile {     version     2.0;     format      ascii;
    class       polyBoundaryMesh;     location    "constant/polyMesh";     object      boundary; }

3(     INLET     {         type            patch;         nFaces          288;         startFace       210864;     }     OUTLET     {         type            patch;         nFaces          288;         startFace       211152;     }     WALL     {         type            wall;         inGroups        1(wall);         nFaces          7968;         startFace       211440;     } )

检查文件边界名称分别为：INLET、OUTLET以及WALL。这些是我们在ICEM CFD中定义的Part名称。此文件不需要修改。

设置p文件与U文件

0文件夹中包含有p文件和U文件。

先利用命令打开p文件，删除一些没用的边界，修改其内容为：

FoamFile {     version     2.0;     format      ascii;
    class       volScalarField;     object      p; }
dimensions      [0 2 -2 0 0 0 0]; internalField   uniform 0; boundaryField {     INLET     {         type            zeroGradient;     }     OUTLET     {         type            fixedValue;         value           uniform 0;     }     WALL     {         type            zeroGradient;     } }

再打开U文件，修改其内容为：

FoamFile {     version     2.0;     format      ascii;
    class       volVectorField;     object      U; }
dimensions      [0 1 -1 0 0 0 0]; internalField   uniform (0 0 0); boundaryField {     INLET     {         type            fixedValue;         value           uniform (0.1 0 0);     }     OUTLET     {         type            zeroGradient;     }     WALL     {         type            noSlip;     } }

这里修改INLET边界的速度为x方向0.1 m/s。

修改transportProperties

此文件中设置一些常数项，本案例只需要设置运动粘度即可。

FoamFile {     version     2.0;     format      ascii;
    class       dictionary;     location    "constant";     object      transportProperties; }
nu              [0 2 -1 0 0 0 0] 1e-6;

注意这里设置的是运动粘度，其量纲单位是m2/s。

设置controlDict文件

打开controlDict文件：

FoamFile {     version     2.0;     format      ascii;    class       dictionary;     location    "system";     object      controlDict; }

application     icoFoam; startFrom       latestTime; startTime       0; stopAt          endTime; endTime         20; deltaT          0.05; writeControl    timeStep; writeInterval   20; purgeWrite      0; writeFormat     ascii; writePrecision  6; writeCompression off; timeFormat      general; timePrecision   6; runTimeModifiable true; functions {
  #includeFunc residuals
}

计算

回到elbow目录下，运行命令：

icoFoam

也可以用并行计算：

mpiexec -n 6 icoFoam

利用6个cpu进行计算。

此时可以利用命令监测残差：

foamMonitor -l postProcessing/residuals/0/residuals.dat

注意：此方法是建立在已安装gnuplot的基础之上，否则是看不到残差的。我的机器上blueCFD使用此命令出错，但是在虚拟机中用OpenFOAM没有任何问题，我不清楚是gnuplot没安装好还是其他什么原因。看不到残差曲线的，将就着看输出的数据好了。

后处理

输入命令：

paraFoam

软件自动启动ParaView，可观察剖面上速度分布云图，如图所示。

总结

对于icoFoam求解器，我们做了些什么？对于本案例，我们只做了这么几件很简单的事情：

（1）网格是导入的ICEM CFD生成的网格，然后利用命令fluentMeshToFoam将其转化为OpenFoam能识别的网格。

（2）修改了p文件与U文件。分别设置了初始条件和边界条件。

（3）修改了transportProperties文件，更改了流体介质的动力粘度

（4）更改了controlDict文件，设置了时间和输出残差。

后面没有了。总体来说，icoFoam求解器还是很简单的。

本篇文章来源于微信公众号: CFD之道