08、【算例】openfoam溃坝

7.1 溃坝

官网
目录：$FOAM_TUTORIALS/multiphase/interFoam/laminar/damBreak
7.1.1 介绍

本案例使用interFoam两相算法，基于流体体积分数（VOF）法，每个网格中的相体积分数（alpha）通过求解一个组分运输方程确定。物理属性基于这个相分数通过加权平均计算。

7.1.2 网格生成

1. blockMesh

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7.1.3 边界条件

最顶端atmosphere边界设置为patch

1. // 0/U
2. boundaryField
3. {
4.         ...
5.     atmosphere
6.     {
7.         type            pressureInletOutletVelocity; // 对所有分量应用zeroGradient条件，当流动为入流时，对边界切向的分量应用fixedValue；
8.         value           uniform (0 0 0);
9.     }
10.     defaultFaces
11.     {
12.         type            empty;
13.     }
14. }
16. // 0/p_rgh
17. boundaryField
18. {
19.         ...
20.     atmosphere
21.     {
22.         type            totalPressure; // 一种fixedValue条件，利用指定的总压p0和当地速度U计算获得；
23.         p0              uniform 0;
24.     }
26.     defaultFaces
27.     {
28.         type            empty;
29.     }
30. }
32. // 0/alpha.water.orig
33. boundaryField
34. {
35.         ...
36.     atmosphere
37.     {
38.         type            inletOutlet; // 出流时为zeroGradient，入流时则为fixedValue条件；
39.         inletValue      uniform 0;
40.         value           uniform 0;
41.     }
43.     defaultFaces
44.     {
45.         type            empty;
46.     }
47. }
48. // ************************************************************************* //

复制代码

所有壁面边界处，压力场采用fixedFluxPressure边界条件，它自动调整压力梯度使边界通量符合速度边界条件。

1. boundaryField
2. {
3.     leftWall
4.     {
5.         type            fixedFluxPressure; //
6.         value           uniform 0;
7.     }
9.     rightWall
10.     {
11.         type            fixedFluxPressure;
12.         value           uniform 0;
13.     }
15.     lowerWall
16.     {
17.         type            fixedFluxPressure;
18.         value           uniform 0;
19.     }
20. }

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defaultFaces代表此2维问题的前后面，像往常一样，是empty类型

1.     defaultFaces
2.     {
3.         type            empty;
4.     }

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7.1.4 设置初场

相当于fluent中的patch，patch出一个水域。
boxToCell通过定义一个最小和最大的向量来创建一个盒子区域，在此区域内为水相，water被设置为1.
在执行setFields之前，先备份0目录下的alpha.water.org（备份文件）为alpha.water。因为setFields工具从文件读取场并重新定义这些场，然后把它们重新写入文件，原始文件会被覆盖，所以需要备份。

1. /*--------------------------------*- C++ -*----------------------------------*\
2.   =========                 |
3.   \\      /  F ield         | OpenFOAM: The Open Source CFD Toolbox
4.    \\    /   O peration     | Website:  https://openfoam.org
5.     \\  /    A nd           | Version:  9
6.      \\/     M anipulation  |
7. \*---------------------------------------------------------------------------*/
8. FoamFile
9. {
10.     format      ascii;
11.     class       dictionary;
12.     location    "system";
13.     object      setFieldsDict;
14. }
15. // * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * //
17. defaultFieldValues
18. (
19.     volScalarFieldValue alpha.water 0 // 场内默认为空气
20. );
22. regions
23. (
24.     boxToCell
25.     {
26.         box (0 0 -1) (0.1461 0.292 1); // 对应坐标如下
27.         fieldValues
28.         (
29.             volScalarFieldValue alpha.water 1
30.         );
31.     }
32. );
33. // ************************************************************************* //

复制代码

使用paraFoam -builtin后处理查看

7.1.5 流体特性

constant/transportProperties

1. /*--------------------------------*- C++ -*----------------------------------*\
2.   =========                 |
3.   \\      /  F ield         | OpenFOAM: The Open Source CFD Toolbox
4.    \\    /   O peration     | Website:  https://openfoam.org
5.     \\  /    A nd           | Version:  9
6.      \\/     M anipulation  |
7. \*---------------------------------------------------------------------------*/
8. FoamFile
9. {
10.     format      ascii;
11.     class       dictionary;
12.     location    "constant";
13.     object      transportProperties;
14. }
15. // * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * //
17. phases (water air); // 两相
19. water
20. {
21.     transportModel  Newtonian; // 牛顿流体
22.     nu              1e-06; // 运动粘度
23.     rho             1000; // 密度
24. }
26. air
27. {
28.     transportModel  Newtonian;
29.     nu              1.48e-05;
30.     rho             1;
31. }
33. sigma            0.07; // 表面张力
35. // ************************************************************************* //

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Newtonian为牛顿流体，CrossPowerLawCoeffs为非牛顿流体。

重力场

1. /*--------------------------------*- C++ -*----------------------------------*\
2.   =========                 |
3.   \\      /  F ield         | OpenFOAM: The Open Source CFD Toolbox
4.    \\    /   O peration     | Website:  https://openfoam.org
5.     \\  /    A nd           | Version:  9
6.      \\/     M anipulation  |
7. \*---------------------------------------------------------------------------*/
8. FoamFile
9. {
10.     format      ascii;
11.     class       uniformDimensionedVectorField;
12.     location    "constant";
13.     object      g;
14. }
15. // * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * //
17. dimensions      [0 1 -2 0 0 0 0];
18. value           (0 -9.81 0);
21. // ************************************************************************* //

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7.1.6 湍流模型

1. /*--------------------------------*- C++ -*----------------------------------*\
2.   =========                 |
3.   \\      /  F ield         | OpenFOAM: The Open Source CFD Toolbox
4.    \\    /   O peration     | Website:  https://openfoam.org
5.     \\  /    A nd           | Version:  9
6.      \\/     M anipulation  |
7. \*---------------------------------------------------------------------------*/
8. FoamFile
9. {
10.     format      ascii;
11.     class       dictionary;
12.     location    "constant";
13.     object      momentumTransport;
14. }
15. // * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * //
17. simulationType  laminar;  // 层流
20. // ************************************************************************* //

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7.1.7 时间步长

设置adjustTimeStep为on，表示自动调整时间步长，并设置最大库郎书和最大相场库郎数为1.
设置writeContral为adjustableRunTime，表示强制调整一时间点正好为输出结果的时间。因为自动调整时间步长之后，如果按照固定时间步长间隔保存结果会比较乱，所以需要强制调整。

1. /*--------------------------------*- C++ -*----------------------------------*\
2.   =========                 |
3.   \\      /  F ield         | OpenFOAM: The Open Source CFD Toolbox
4.    \\    /   O peration     | Website:  https://openfoam.org
5.     \\  /    A nd           | Version:  9
6.      \\/     M anipulation  |
7. \*---------------------------------------------------------------------------*/
8. FoamFile
9. {
10.     format      ascii;
11.     class       dictionary;
12.     location    "system";
13.     object      controlDict;
14. }
15. // * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * //
17. application     interFoam;
19. startFrom       startTime;
21. startTime       0;
23. stopAt          endTime;
25. endTime         1;
27. deltaT          0.001;
29. writeControl    adjustableRunTime; // 重点
31. writeInterval   0.05;
33. purgeWrite      0;
35. writeFormat     binary;
37. writePrecision  6;
39. writeCompression off;
41. timeFormat      general;
43. timePrecision   6;
45. runTimeModifiable yes;
47. adjustTimeStep  yes; // 重点
49. maxCo           1; // 重点
50. maxAlphaCo      1; // 重点
52. maxDeltaT       1;
55. // ************************************************************************* //

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7.1.8 离散求解

1. /*--------------------------------*- C++ -*----------------------------------*\
2.   =========                 |
3.   \\      /  F ield         | OpenFOAM: The Open Source CFD Toolbox
4.    \\    /   O peration     | Website:  https://openfoam.org
5.     \\  /    A nd           | Version:  9
6.      \\/     M anipulation  |
7. \*---------------------------------------------------------------------------*/
8. FoamFile
9. {
10.     format      ascii;
11.     class       dictionary;
12.     location    "system";
13.     object      fvSchemes;
14. }
15. // * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * //
17. ddtSchemes
18. {
19.     default         Euler;
20. }
22. gradSchemes
23. {
24.     default         Gauss linear;
25. }
27. divSchemes
28. {
29.     div(rhoPhi,U)  Gauss linearUpwind grad(U);
30.     div(phi,alpha)  Gauss interfaceCompression vanLeer 1;
31.     div(((rho*nuEff)*dev2(T(grad(U))))) Gauss linear;
32. }
34. laplacianSchemes
35. {
36.     default         Gauss linear corrected;
37. }
39. interpolationSchemes
40. {
41.     default         linear;
42. }
44. snGradSchemes
45. {
46.     default         corrected;
47. }
50. // ************************************************************************* //

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7.1.9 矩阵求解

nAlphaSubCycles：a方程中子循环的数目，子循环是一个给定时间步内对一个方程附加求解。可以再不降低时间步长的情况下保证解的稳定性。

1. /*--------------------------------*- C++ -*----------------------------------*\
2.   =========                 |
3.   \\      /  F ield         | OpenFOAM: The Open Source CFD Toolbox
4.    \\    /   O peration     | Website:  https://openfoam.org
5.     \\  /    A nd           | Version:  9
6.      \\/     M anipulation  |
7. \*---------------------------------------------------------------------------*/
8. FoamFile
9. {
10.     format      ascii;
11.     class       dictionary;
12.     location    "system";
13.     object      fvSolution;
14. }
15. // * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * //
17. solvers
18. {
19.     "alpha.water.*"
20.     {
21.         nAlphaCorr      2;
22.         nAlphaSubCycles 1;
24.         MULESCorr       yes;
25.         nLimiterIter    5;
27.         solver          smoothSolver;
28.         smoother        symGaussSeidel;
29.         tolerance       1e-8;
30.         relTol          0;
31.     }
33.     "pcorr.*"
34.     {
35.         solver          PCG;
36.         preconditioner  DIC;
37.         tolerance       1e-5;
38.         relTol          0;
39.     }
41.     p_rgh
42.     {
43.         solver          PCG;
44.         preconditioner  DIC;
45.         tolerance       1e-07;
46.         relTol          0.05;
47.     }
49.     p_rghFinal
50.     {
51.         $p_rgh;
52.         relTol          0;
53.     }
55.     U
56.     {
57.         solver          smoothSolver;
58.         smoother        symGaussSeidel;
59.         tolerance       1e-06;
60.         relTol          0;
61.     }
62. }
64. PIMPLE
65. {
66.     momentumPredictor   no;
67.     nOuterCorrectors    1;
68.     nCorrectors         3;
69.     nNonOrthogonalCorrectors 0;
70. }
72. relaxationFactors
73. {
74.     equations
75.     {
76.         ".*" 1;
77.     }
78. }
81. // ************************************************************************* //

复制代码

7.1.10 计算

1. interFoam | tee log

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7.1.11 并行计算

如果采用并行计算，程序根据system/decomposeParDict求解.
numberOfSubdomains：指定算例分割子区域数量，即处理器数
simpleCoeffs中，应满足x * y = numberOfSubdomains
这个算例使用2个处理器并行计算。

1. /*--------------------------------*- C++ -*----------------------------------*\
2.   =========                 |
3.   \\      /  F ield         | OpenFOAM: The Open Source CFD Toolbox
4.    \\    /   O peration     | Website:  https://openfoam.org
5.     \\  /    A nd           | Version:  9
6.      \\/     M anipulation  |
7. \*---------------------------------------------------------------------------*/
8. FoamFile
9. {
10.     format      ascii;
11.     class       dictionary;
12.     location    "system";
13.     object      decomposeParDict;
14. }
15. // * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * //
17. numberOfSubdomains 2; // 重点
19. method          simple;
21. simpleCoeffs
22. {
23.     n               (1 2 1); // 重点
24. }
26. hierarchicalCoeffs
27. {
28.     n               (1 1 1);
29.     order           xyz;
30. }
32. manualCoeffs
33. {
34.     dataFile        "";
35. }
37. distributed     no;
39. roots           ( );
42. // ************************************************************************* //

复制代码

如果使用4个，我这里使用的虚拟机，会报错，提示核数不够。

分割

1. decomposePar

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并行计算

1. mpirun -np 2 interFoam -parallel > log

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查看paraFoam -builtin -case processor0，为一半

合并结果

1. reconstructPar

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后处理

1. paraFoam -builtin

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