1 簡(jiǎn)介

以of10版本下官方算例propeller作為介紹，從模型、網(wǎng)格、計(jì)算和后處理進(jìn)行詳細(xì)描述。關(guān)于ESI版本（如openfoam2206）可參考最后第6部分

位于tutorials/incompressible/pimpleFoam/RAS/propeller

2 模型

?

propeller算例由4個(gè)模型組成，其作用分別為：

（1）propeller：幾何模型

（2）propeller-innerCylinder：用于創(chuàng)建rotationZone

（3）propeller-middleCylinder:用于網(wǎng)格加密

（4）propeller-outerCylinder：螺旋槳的流體域

3 網(wǎng)格劃分

propeller算例采用snappyHexMesh對(duì)網(wǎng)格進(jìn)行劃分，其步驟及結(jié)果如下：

（1）blockMesh生產(chǎn)背景網(wǎng)格

?

（2）surfaceFeatures提取面和幾何特征

surfaceFeatures指令需要提前在surfaceFeaturesDict文件中定義需要提取的幾何文件，如下所示：

surfaces

(

????"propeller-innerCylinder.obj"

????"propeller-outerCylinder.obj"

????"propeller.obj"

);

includedAngle ??150;

trimFeatures

{

????minElem ????????10;

}

surfaceFeaturesDict中定義了提取inner、outerCylinder和propeller三個(gè)文件的幾何特征。運(yùn)行surfaceFeatures指令后，會(huì)在算例文件canstant/extendedFeatureEdgeMesh下生成三個(gè)幾何文件的extendedFeatureEdgeMesh文件。

（3）decomposePar -noFields分塊計(jì)算

decomposePar指令會(huì)將模型根據(jù)decomposeParDict字典文件中的分塊策略對(duì)模型進(jìn)行分塊，用于分塊網(wǎng)格劃分和計(jì)算，Dict文件如下：

numberOfSubdomains 8; ?//將模型分成8塊

method ?????????hierarchical; ?//分塊方法

hierarchicalCoeffs

{

????n ??????????????(2 2 2); //xyz方向各2塊

????order ??????????xyz;

}

默認(rèn)運(yùn)行decomposePar指令是將網(wǎng)格和場(chǎng)同時(shí)進(jìn)行分塊，算例執(zhí)行的指令是decomposePar -noFields，-noFields意思是僅僅對(duì)幾何進(jìn)行分塊，其目的是用于后續(xù)snappyHexMesh。

（4）mpirun -np 8 snappyHexMesh -parallel

網(wǎng)格劃分這里就不再贅述，這里需要注意一點(diǎn)：算例的進(jìn)出口邊界條件，即進(jìn)口inlet patch和出口outlet patch定義在propeller-outerCylinder.obj幾何文件中，通過(guò)定義在snappyHexMeshDict文件中字典，實(shí)現(xiàn)patch的命名：

outerCylinder

????????{

????????????level ??????(0 0);

????????????regions

????????????{

????????????????inlet

????????????????{

????????????????????level ??????(0 0);

????????????????????patchInfo

????????????????????{

????????????????????????type ???????patch;

????????????????????}

????????????????}

????????????????outlet

????????????????{

????????????????????level ??????(0 0);

????????????????????patchInfo

????????????????????{

????????????????????????type ???????patch;

????????????????????}

????????????????}

????????????}

????????}

（5）mpirun -np 8 createBaffles -overwrite -parallel

網(wǎng)格劃分好之后就可以對(duì)網(wǎng)格和交界面以及邊界面進(jìn)行處理，由于該算例的幾何文件中并沒(méi)有創(chuàng)建螺旋狀旋轉(zhuǎn)交界面，因此需要使用createBaffles指令來(lái)生成動(dòng)靜交界面，createBaffles指令需要定義Dict文件，如下所示。

internalFacesOnly true;

baffles

{

????nonCouple

????{

????????type ???????faceZone; ?//創(chuàng)建baffles的方法為通過(guò)面域生成

????????zoneName ???innerCylinder; ?//面域?yàn)閕nner幾何體

?

????????patches ?//baffles對(duì)應(yīng)的patch名字

????????{

????????????owner

????????????{

????????????????name ???????nonCouple1;

????????????????type ???????patch;

????????????}

?

????????????neighbour

????????????{

????????????????name ???????nonCouple2;

????????????????type ???????patch;

????????????}

????????}

????}

}

結(jié)果如下圖所示：

?

（6）mpirun -np 8 splitBaffles -overwrite -parallel

事實(shí)上createBaffles只是創(chuàng)建了一個(gè)Baffles即動(dòng)靜交界面，還需要執(zhí)行split命令使其網(wǎng)格獨(dú)立出來(lái)，這里不需要Dict文件。

（7）mpirun -np 8 createNonConformalCouples -overwrite nonCouple1 nonCouple2 -parallel

創(chuàng)建動(dòng)靜交界面。

（8）decomposePar -fields -copyZero

-fields :僅利用現(xiàn)有幾何拆分文件和轉(zhuǎn)換場(chǎng)；

-copyZero:復(fù)制0文件到每個(gè)塊內(nèi)而不是分解場(chǎng)。

（9）網(wǎng)格劃分結(jié)果

?

注意：如不進(jìn)行并行計(jì)算，snappyHexMesh后可以執(zhí)行reconstructParMesh -constant。

4 模型初始化及邊界條件定義

（1）邊界條件設(shè)置

邊界條件設(shè)置比較簡(jiǎn)單，重點(diǎn)介紹一下其中一個(gè)邊界條件設(shè)置：

movingWallVelocity：該類(lèi)型通常用于moving網(wǎng)格中的movingWal，根據(jù)網(wǎng)格的移動(dòng)會(huì)自動(dòng)修正通量值，這樣保障了網(wǎng)格移動(dòng)以后通過(guò)壁面的總通量為0。將movingWall設(shè)置成期望的速度，這里用$internalField，即0；

（2）動(dòng)網(wǎng)格設(shè)置dynamicMeshDict

螺旋槳的轉(zhuǎn)動(dòng)在dynamicMeshDict字典中定義。

mover

{

????type ???????????motionSolver;

????libs ???????????("libfvMeshMovers.so" "libfvMotionSolvers.so");

????motionSolver ???solidBody;

????cellZone ???????innerCylinder;

????solidBodyMotionFunction ?rotatingMotion;

????origin ?????(0 0 0);

????axis ???????(0 1 0);

????omega ??????158; // rad/s

（3）fvSchemes數(shù)值離散設(shè)置

fvSchemes文件用來(lái)設(shè)置離散格式，凡是求解器里面出現(xiàn)的方程，都需要在這里面設(shè)置離散格式。一般默認(rèn)即可。

（4）fvSolution方程求解器、殘差、算法控制

默認(rèn)即可。

（5）controlDict全局控制

application ????pimpleFoam;

startFrom ??????startTime;//還有firstTime和lastestTime

startTime ??????0;

stopAt ?????????endTime;

endTime ????????0.005;

deltaT ?????????1e-5; ?//時(shí)間步長(zhǎng)

writeControl ???adjustableRunTime; ?//輸出設(shè)置

writeInterval ??0.001; ?//每0.001s輸出1個(gè)文件

////- For testing with moveMesh

//deltaT ?????????0.01;

//writeControl ???timeStep;

//writeInterval ??1;

purgeWrite ?????0; ?//循環(huán)寫(xiě)入數(shù)據(jù)方式

writeFormat ????binary; ?//輸出二進(jìn)制文件

writePrecision ?6;

writeCompression off; ?//數(shù)據(jù)壓縮

timeFormat ?????general; //文件時(shí)間步命名

timePrecision ??6;

runTimeModifiable true;

adjustTimeStep ?yes; ?//是否開(kāi)啟可調(diào)節(jié)時(shí)間步長(zhǎng)

maxCo ??????????2; ?//最大庫(kù)郎數(shù)

functions ?????//需要添加的函數(shù)

{

????#includeFunc Q ??//計(jì)算Q值

????#include "surfaces"

????#include "forces"

}

5 后處理

對(duì)于水泵、水輪機(jī)、風(fēng)機(jī)的性能計(jì)算（以及在許多其他情況下），通常需要關(guān)于壓降、流量和功率的數(shù)據(jù)。如果計(jì)算空化問(wèn)題，還需要獲得壓力的最大值和最小值，同時(shí)最大值和最小值速度也可以說(shuō)明收斂或數(shù)值問(wèn)題。所有這些值最好在運(yùn)行時(shí)計(jì)算，因此最好如下所示定義controlDict.functionObjects：

1）轉(zhuǎn)矩

forces

{

????type ?????????forces;

????libs ?????????("libforces.so");

????writeControl ?timeStep;

????timeInterval ?1;

????log ??????????yes;

????patches ??????("propeller.*");

????rho ??????????rhoInf; ????// Indicates incompressible

????log ??????????true;

????rhoInf ???????998; ?????????// Redundant for incompressible

????CofR ?????????(0 0 0); ???// Rotation around centre line of propeller

????pitchAxis ????(0 1 0);

}

6?關(guān)于ESI版本的openfoam（如openfoam2206）

對(duì)于ESI版本的propeller算例，原理都是一樣的，如openfoam2206官方算例的做法是，通過(guò)topoSet的方式生成cyclicAMI、inlet和outlet的faceset，然后用createPatchDict將這些faceset定義為patch。

實(shí)際上，在openfoam2206中也能采用上面of10的方法，先通過(guò)snappyHexMesh生成網(wǎng)格，利用propeller-innerCylinder.obj生成facezone，然后輸入以下指令：

（1）createBaffles//生成cyclicAMI

（2）mergeOrSplitBaffles -split -overwrite//生成動(dòng)靜交界面

（3）renumberMesh -overwrite