OpenFOAM中，边界条件的实现

在OpenFOAM中，边界条件的实现采用了面向对象的编程思想，通过继承和多态机制来实现不同类型的边界条件。以下是其继承关系和实现机制的详细说明：

---

1. 基类体系结构

OpenFOAM的边界条件继承关系主要围绕以下几个核心基类：

(1) fvPatchField<Type>

• 位置: src/finiteVolume/fields/fvPatchFields/fvPatchField
• 作用: 所有边界条件的抽象基类模板，定义了边界条件的通用接口（如updateCoeffs, evaluate等）。
• 关键派生类:
  • fixedValueFvPatchField (固定值)
  • fixedGradientFvPatchField (固定梯度)
  • mixedFvPatchField (混合类型)
  • zeroGradientFvPatchField (零梯度)

(2) basicBoundaryMesh 和 fvBoundaryMesh

• 负责管理边界条件的几何信息（如面单元、邻接关系等）。

---

2. 继承关系示例

以标量场（scalar）的固定值边界为例，其继承链如下：

fvPatchField<scalar>  // 基类
    ← fixedValueFvPatchField<scalar>  // 固定值边界
    ← 具体边界类（如`inletOutletFvPatchField`）

典型派生类：

• 固定值:

  template<class Type>
  class fixedValueFvPatchField : public fvPatchField<Type>
  

• 零梯度:

  template<class Type>
  class zeroGradientFvPatchField : public fvPatchField<Type>
  

• 自定义边界:
  用户可通过继承fvPatchField或现有派生类实现新边界类型。

---

3. 关键实现机制

(1) 多态行为

• 通过虚函数（如updateCoeffs()、evaluate()）实现不同边界条件的特定行为。
• 例如：

  void fixedValueFvPatchField<Type>::updateCoeffs()
  {
      if (updated()) return;
      fvPatchField<Type>::operator==(fixedValue_);
      fvPatchField<Type>::updateCoeffs();
  }
  

(2) 工厂模式

• 边界条件的创建通过dictionary动态解析，利用宏makePatchField注册：

  #define makePatchField(fvPatchTypeField) \
      defineTemplateRunTimeSelectionTable(fvPatchTypeField, dictionary);
  

• 在运行时根据boundaryField字典中的type字段选择具体类。

(3) 模板化设计

• 边界条件支持任意场类型（scalar, vector, tensor等），通过模板类fvPatchField<Type>实现。

---

4. 用户自定义边界条件

步骤：

1. 创建派生类:

   class myCustomBoundary : public fixedValueFvPatchField<scalar>
   {
       // 实现虚函数（如updateCoeffs）
   };
   

2. 注册宏:

   makePatchTypeField(fvPatchScalarField, myCustomBoundary);
   

3. 字典中使用:

   boundaryField
   {
       inlet
       {
           type            myCustomBoundary;
           customParam     42;
       }
   }
   

---

5. 重要文件路径

• 基类定义：
  • src/finiteVolume/fields/fvPatchFields/fvPatchField
• 常用边界条件：
  • src/finiteVolume/fields/fvPatchFields/basic/（如fixedValue, zeroGradient）
  • src/finiteVolume/fields/fvPatchFields/derived/（如pressureInlet, turbulentInlet）

---

6. 总结

OpenFOAM通过以下方式实现边界条件：

1. 继承：从基类fvPatchField派生出具体边界类型。
2. 多态：虚函数实现不同边界的独特逻辑。
3. 工厂模式：运行时动态创建边界对象。
4. 模板化：支持多种场类型。

这种设计允许用户灵活扩展新边界条件，同时保持代码的统一性。