openFOAM中通量的生成

本文详细介绍了在OpenFOAM中如何使用createPhi.h和compressibleCreatePhi.h头文件计算网格面上的通量phi。通过插值处理网格中心的密度和速度值,实现对网格面上通量的准确计算。

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  1. 头文件createPhi.h和compressibleCreatePhi.h
    使用openFOAM处理守恒方程时,经常需要处理通过网格面的通量。广义通量表示为phi。由于密度、速度等值储存在网格中心的,因此为了计算网格面上的通量,必须进行一定的处理。openFOAM通过调用createPhi.h或compressibleCreatePhi.h两个头文件生成通量Phi。
  2. 通量的计算
    将网格中心的值换算到网格面,需要通过对相邻网格节点的值进行插值处理。插值需要调用的函数为:interpolate(rho*U)。该函数的作用就是对响铃网格节点的密度和速度进行插值,插值与网格面矢量的内积就是网格面上的通量值。在openFOAM中,内积用符号“&”表示。
### OpenFOAM 中热源模拟设置方法 在 OpenFOAM 中实现或模拟热源的功能,可以通过修改现有的求解器或者创建新的求解器来完成。以下是具体的方法和步骤: #### 1. 使用 `fvOptions` 添加热源项 OpenFOAM 提供了一个灵活的框架 `fvOptions` 来添加各种源项到控制方程中。对于热源模拟,可以在能量方程中引入体积热源项。 ##### 配置文件示例 (`constant/fvOptions`) ```yaml heatSource { type scalarSemiImplicitSource; active yes; selectionMode cellZone; // 或者 all, cells, points 等 cellZone heatSourceRegion; volumeMode absolute; // 可选 relative 表示相对值 value uniform (1000); // 单位 W/m³,表示每单位体积的能量注入率 } ``` 此配置通过指定区域(如 `cellZone`),向该区域内添加恒定的体积热源[^3]。 #### 2. 修改求解器以支持热源计算 如果使用的求解器不直接支持 `fvOptions` 的热源项,则需要手动调整求解器代码。例如,在 `buoyantBuoyantSimpleFoam` 求解器中,通常会涉及以下核心部分: ##### 能量方程求解 ```cpp // 解决能量方程 solve ( fvm::ddt(T) // 时间导数 + fvm::div(phi, T) // 对流传热 - fvm::laplacian(turbulence->alphaEff(), T) // 导热系数影响 == fvOptions(T) // 添加热源或其他选项 ); fvOptions.constrain(T); // 应用约束条件 ``` 在此基础上,确保 `fvOptions` 已正确定义并加载至求解器中[^2]。 #### 3. 定制复杂热源分布 当热源并非均匀分布时,可以采用场变量代替常数值。例如,定义一个空间依赖的热源函数 \( q(x,y,z,t) \),并通过 Python 脚本生成对应的字段数据文件。 ##### 场数据文件示例 (`0/Tsource`) ```plaintext dimensions [0 0 0 1 -3 0 0]; // 维度说明 internalField nonuniform List<scalar> ( ... // 数据列表 ); boundaryField { ... } ``` 随后更新 `fvOptions` 文件中的 `value` 参数指向此字段: ```yaml value internalField; ``` #### 4. 自定义边界条件 除了内部热源外,还可以利用边界条件施加热通量或固定温度。常见的边界条件包括: - **fixedValue**: 设定固定的壁面温度。 - **zeroGradient**: 边界无梯度变化。 - **groovyBC**: 动态设定边界条件,适合时间或位置相关的热输入。 ##### 示例:动态热通量边界条件 ```yaml hotWall { type groovyBC; variables "time=localTime();"; valueExpression "if(time < 10) 500*sin(pi*time/10) else 0"; // 动态热通量表达式 value uniform 0; // 初始默认值 } ``` 以上方式适用于更精细的时间或空间调控需求[^1]。 --- ### 总结 综上所述,OpenFOAM 支持多种途径实现热源模拟功能,既可通过内置工具快速部署简单场景,也能借助编程手段满足高级定制需求。实际操作过程中需注意网格质量、初始条件以及物性参数的选择对最终结果的影响。
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