相同的食材，不同的烹制方法。

利用OpenFOAM求解气流通过障碍物后的流场分布。

案例描述： 本案例来自于丹麦海事研究所。流动计算域模型如图所示，包含入口、出口及壁面。案例采用 2D 模型计算。计算域流体介质为空气（标准大气压，温度 293K ），来流速度 1.17m/s 。雷诺数基于障碍物高度（案例为 40mm ），本案例雷诺数为 3115 ，入口位置湍动能及湍流耗散率分别为 0.024m2 /s2 及 0.07m2 /s3 。流动过程为等温、湍流及不可压缩流动。

建模及网格划分过程这里不详述，案例从转化网格开始。

注：以下操作均在blueCFD-Core-2016-1下完成，这是一个Windows下使用的OpenFOAM软件，其支持的OpenFOAM版本为4.1。低版本OpenFOAM练习此案例有一些微小的区别。

1 网格准备

启动blueCFD，从OF提供的实例中拷贝一个与本案例最相近的，我们采用pisoFoam中的Cavity。

cp -r $FOAM_TUTORIALS/incompressible/pisoFoam/ras/cavity $FOAM_RUN cd $FOAM_RUN mv cavity obstacle

将网格文件obstacle.msh拷贝到文件夹obstacle中。此时obstacle文件夹中的文件如下图所示。

2 转化网格文件

利用cd命令切换到obstacle目录下。

cd $FOAM_RUN/obstacle

输入命令：

fluentMeshToFoam obstacle.msh

此时可采用Tree命令查看obstacle文件夹中的文件组织，如图所示。

. ├── 0 │   ├── epsilon │   ├── k │   ├── nut │   ├── nuTilda │   ├── omega │   ├── p │   └── U ├── constant │   ├── polyMesh │   │   ├── boundary │   │   ├── cellZones │   │   ├── faces │   │   ├── faceZones │   │   ├── neighbour │   │   ├── owner │   │   ├── points │   │   └── pointZones │   ├── transportProperties │   └── turbulenceProperties ├── obstacle.msh └── system     ├── blockMeshDict     ├── controlDict     ├── fvSchemes     └── fvSolution  4 directories, 22 files

注意：Tree命令只是存在于blueCFD中，如果是其他版本的Linux，默认是没有Tree命令的。其实也无所谓，鼠标点开看也是一样的，这里只是描述方便罢了。

查看文件constant/polyMesh/boundary，利用命令：

nano constant/polyMesh/boundary

该文件内容为：

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

5(     INLET     {         type            patch;         nFaces          66;         startFace       31370;     }     OUTLET     {         type            patch;         nFaces          66;         startFace       31436;     }     TOP     {         type            wall;         inGroups        1(wall);         nFaces          241;         startFace       31502;     }     BOTTOM     {         type            wall;         inGroups        1(wall);         nFaces          271;         startFace       31743;     }     frontAndBackPlanes     {         type            empty;         inGroups        1(empty);         nFaces          31692;         startFace       32014;     } )

注意边界名称：INLET、OUTLET、TOP、BOTTOM、frontAndBackPlanes。

其中frontAndBackPlanes是程序自动生成的两个侧边，后面要将其边界条件指定为empty。

3 修改0文件夹

0文件夹中主要需要修改k、nut、epsilon、p和U文件。由于我们选用的是k-epsilon模型，因此其他的文件都是多余的。

利用命令删除多余的文件

rm 0/nuTilda rm 0/omega

3.1 修改k文件

k文件修改为：

FoamFile {     version     2.0;     format      ascii;
    class       volScalarField;     location    "0";     object      k; }// * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * //dimensions      [0 2 -2 0 0 0 0];  internalField   uniform 0.024;  boundaryField {      INLET     {         type            fixedValue;         value           uniform 0.024;     }     OUTLET     {         type            zeroGradient;      }      TOP     {         type            kqRWallFunction;         value           uniform 0.024;     }     BOTTOM     {         type            kqRWallFunction;         value           uniform 0.024;     }     frontAndBackPlanes     {         type            empty;     } }

3.2 修改epsilon文件

epsilon文件修改为：

FoamFile {     version     2.0;     format      ascii;
    class       volScalarField;     location    "0";     object      epsilon; }

dimensions      [0 2 -3 0 0 0 0]; internalField   uniform 0.07; boundaryField {      INLET     {         type     fixedValue;         value    uniform 0.07;     }     OUTLET     {         type      zeroGradient;      }      TOP     {         type       kqRWallFunction;         value      uniform 0.07;     }     BOTTOM     {         type       kqRWallFunction;         value      uniform 0.07;     }     frontAndBackPlanes     {         type       empty;     } }

3.3 修改nut文件

nut文件修改为：

FoamFile {     version     2.0;     format      ascii;
    class       volScalarField;     location    "0";     object      nut; }
dimensions      [0 2 -1 0 0 0 0]; internalField   uniform 0;  boundaryField {     INLET     {         type    calculated;         value   uniform 0;     }      OUTLET     {         type    calculated;         value   uniform 0;     }      TOP     {         type    nutkWallFunction;         value   uniform 0;     }     BOTTOM     {         type    nutkWallFunction;         value   uniform 0;     }     frontAndBackPlanes     {         type     empty;     } }

3.4 修改p文件

p文件修改为：

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;     }      TOP     {         type       zeroGradient;     }      BOTTOM     {         type       zeroGradient;     }      frontAndBackPlanes     {         type       empty;     } }

3.5 修改U文件

U文件内容：

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 (1.17 0 0);     }      OUTLET     {         type     zeroGradient;     }     TOP     {         type     noSlip;     }      BOTTOM     {         type     noSlip;     }      frontAndBackPlanes     {         type     empty;     } }

4 修改constant文件夹

constant文件夹中需要修改transportProperties及turbulenceProperties文件。

4.1 修改transportProperties

transportProperties中修改气体的运动粘度，这里采用默认值1e-5。

FoamFile {     version     2.0;     format      ascii;
    class       dictionary;     location    "constant";     object      transportProperties; }

transportModel  Newtonian; nu              [0 2 -1 0 0 0 0] 1e-05;

注意：这里是运动粘度，为动力粘度与密度的比值，注意看量纲。

4.2 修改turbulenceProperties

这里就采用标准的k-epsilon模型，不做任何修改。如果要使用其他的湍流模型，可以在此文件中修改RASModel关键字。

文件内容：

FoamFile {     version     2.0;     format      ascii;
    class       dictionary;     location    "constant";     object      turbulenceProperties; }

simulationType  RAS; RAS {     RASModel        kEpsilon;     turbulence      on;     printCoeffs     on; }

5 修改system文件夹

本案例只需要修改controlDict文件。

文件修改为：

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

application     pisoFoam; startFrom       startTime; startTime       0; stopAt          endTime; endTime         400; deltaT          0.1; writeControl    timeStep; writeInterval   100; purgeWrite      0; writeFormat     ascii; writePrecision  6; writeCompression off; timeFormat      general; timePrecision   6; runTimeModifiable true;

6 进行计算

进入obstacle目录，执行命令pisoFoam。

cd $FOAM_RUN/obstacle pisoFoam

计算开始进行。也可以利用foamMonitor监测残差。我这里安装不完全，没法启动gnuplot，没法演示。

注意：pisoFoam只能计算瞬态，如果要计算稳态，可以使用simpleFoam。

7 后处理

计算结束后，在obstacle目录启动命令：

paraFoam

自动开启paraView进行后处理。下图为40s时刻速度分布。

【有需要案例文件的可在赞赏任意金币后留言。】

本篇文章来源于微信公众号: CFD之道