本案例演示simpleFoam求解器使用方法。
simpleFoam求解器是一个稳态求解器，支持以下湍流模型:

• kEpsilon(RAS)

• kOmega(RAS)

• LRR(RAS)
  

1 拷贝文件

本案例文件来自于官方提供的案例。
利用命令将文件拷贝到$FOAM_RUN文件夹。

cp -r $FOAM_TUTORIALS/incompressible/simpleFoam/pitzDaily $FOAM_RUN
cd $FOAM_RUN/pitzDaily

查看pitzDaily文件路径，如下所示。

. ├── 0
│   ├── epsilon │   ├── f │   ├── k │   ├── nut │   ├── nuTilda │   ├── omega │   ├── p │   ├── U │   └── v2 ├── constant │   ├── transportProperties │   └── turbulenceProperties └── system     ├── blockMeshDict     ├── controlDict     ├── fvSchemes     ├── fvSolution     └── streamlines
3 directories, 16 files

2 costant文件夹

constant文件夹中包含两个文件transportProperties、turbulenceProperties，其中transportProperties指定介质的材料属性，turbulenceProperties文件指定使用的湍流模型。

2.2 transportProperties文件

transportProperties文件内容如下：

FoamFile {     version     2.0;     format      ascii;
    class       dictionary;     location    "constant";     object      transportProperties; }
// * * * * * * * * * * * * * * //
transportModel  Newtonian; nu              [0 2 -1 0 0 0 0] 1e-05;

在此文件中指定材料的运动粘度，此处指定运动粘度为1e-05。

2.1 turbulenceProperties文件

turbulenceProperties文件如下所示。

FoamFile {     version     2.0;     format      ascii;
    class       dictionary;     location    "constant";     object      turbulenceProperties; }
// * * * * * * * * * * * * * * * * //
simulationType RAS; RAS {    // Tested with kEpsilon, realizableKE,     // kOmega, kOmegaSST, v2f,     // ShihQuadraticKE, LienCubicKE.     RASModel        kEpsilon;     turbulence      on;     printCoeffs     on; }

文件中的RASModel关键字用于指定湍流模型。simpleFoam求解器支持的湍流模型包括：kEpsilon， realizableKE，kOmega，kOmegaSST，v2f，ShihQuadraticKE， LienCubicKE。

选用不同的湍流模型，则相对应的需要修改0文件夹中的文件。

• laminar：无需修改

• kEpsilon：修改k文件与epsilon文件

• kOmega：修改k文件与omega文件

• LRR：修改k、epsilon与R文件

• Smagorinsky：修改nuSgs文件

• oneEqEddy：修改k与nuSgs文件

• SpalartAllmaras：修改nuSgs与nuTilda

此文件选用kEpsilon模型，因此需要修改0文件夹中的k文件与epsilon文件。

3 修改0文件夹

3.1 k文件

k文件内容如下：

FoamFile {     version     2.0;     format      ascii;
    class       volScalarField;     location    "0";     object      k; }
// * * * * * * *  * * * * * * * * * * //
dimensions      [0 2 -2 0 0 0 0]; internalField   uniform 0.375; boundaryField {     inlet     {         type            fixedValue;         value           uniform 0.375;     }     outlet     {         type            zeroGradient;     }     upperWall     {         type            kqRWallFunction;         value           uniform 0.375;     }     lowerWall     {         type            kqRWallFunction;         value           uniform 0.375;     }     frontAndBack     {         type            empty;     } }

在k文件中指定各边界的湍动能。本案例中指定inlet边界类型为fixedValue，值为0.375；指定outlet边界类型为zeroGradient；指定壁面边界类型为kqRWallFunction，值为0.375；frontAndBack为empty。

3.2 epsilon文件

修改epsilon文件，其内容为：

FoamFile {     version     2.0;     format      ascii;
    class       volScalarField;     location    "0";     object      epsilon; }
// * * * * * * * * * * * * * //
dimensions      [0 2 -3 0 0 0 0]; internalField   uniform 14.855; boundaryField {     inlet     {         type            fixedValue;         value           uniform 14.855;     }     outlet     {         type            zeroGradient;     }     upperWall     {         type            epsilonWallFunction;         value           uniform 14.855;     }     lowerWall     {         type            epsilonWallFunction;         value           uniform 14.855;     }     frontAndBack     {         type            empty;     } }

与k文件类似，指定各边界的湍流耗散率。

3.3 p文件

不管采用何种模型，p文件与U文件都需要修改。p文件内容如下：

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;     }      upperWall     {         type            zeroGradient;     }      lowerWall     {         type            zeroGradient;     }      frontAndBack     {         type            empty;     } }

在p文件中指定各边界的压力，需要注意的是，在不可压缩流动问题中，压力的单位是m2/s2，量纲为压力与密度的比值。

本案例中，指定出口outflow的压力为0，其他边界指定为zeroGradient。

3.4 U文件

U文件中指定边界的速度分布。本案例的U文件如下：

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 (10 0 0);     }      outlet     {         type            zeroGradient;     }      upperWall     {         type            noSlip;     }      lowerWall     {         type            noSlip;     }      frontAndBack     {         type            empty;     } }

本案例中，指定入口inlet速度为10m/s，outlet边界为zeroGradient，其他壁面边界指定为noSlip。

4 system文件夹

system文件夹中包含四个文件：

• blcokMeshDict：指定几何与网格参数

• controlDict：指定求解过程控制参数

• fvSchemes：指定求解算法

• fvSolution：指定求解控制参数

在本案例中，只需要修改controlDict文件。在controlDict文件中，指定了求解过程控制参数。controlDict文件内容如下：

FoamFile {     version     2.0;     format      ascii;
    class       dictionary;     location    "system";     object      controlDict; }
// * * * * * * * * * * * * * //
application     simpleFoam; startFrom       startTime; startTime       0; stopAt          endTime; endTime         2000; deltaT          1; writeControl    timeStep; writeInterval   100; purgeWrite      0; writeFormat     ascii; writePrecision  6; writeCompression off; timeFormat      general; timePrecision   6; runTimeModifiable true; functions {   
     #includeFunc residuals
}

需要注意文件中的endTime关键字指定的是迭代次数，而非真实的时间。在稳态计算中，deltaT指定的迭代间隔，一般情况下都要设置为1。

在此文件中的结尾，利用命令#includeFunc residuals指定输出残差数据，后面可以用foamMonitor输出残差图。

5 求解计算

本案例求解计算中，需要先利用blockMesh生成网格，之后利用simpleFoam求解器进行求解。

cd $FOAM_RUN/pitzDaily/ blockMesh simpleFoam

可以使用命令查看残差分布：

foamMonitor postProcessing/residuals/0/residuals.dat

残差分布如图所示。

6 计算后处理

利用paraFoam进行后处理。

paraFoam

速度分布如图所示。

压力分布如图所示：

也可以尝试着更换湍流模型进行计算，比较各种湍流模型的不同之处。

本篇文章来源于微信公众号: CFD之道