OpenFOAM软件中计算流体力学核心代码提取研究

发布时间：2020-03-30 02:16

【摘要】：湍流是流体力学的经典难题,具有巨大的理论和应用背景。湍流研究呼唤新的思维,湍流新理论的构建和深入探讨日益需要借助于计算机模拟,但从头编程工作量巨大,如何依托已有程序框架开展新流动理论的数值模拟是本论文的出发点。目前,各种计算流体力学(CFD)软件都是围绕对流-扩散的经典流动理论框架设计的,只能进行系数、源项的简单扩展,不方便用于流动新理论的研究。本论文利用著名的开源CFD软件OpenFOAM、提取其核心流动分析模块,以期将提取的核心代码作为流动新理论数值研究的基础。经过多年发展和多次版本更迭,OpenFOAM软件已经具有强大功能、同时代码也变得十分庞大。本文针对该软件开展了以下研究:(1)确定OpenFOAM流动分析的三个主要求解器,以求解器为线索,分析出其CFD核心模块的结构框架图。(2)利用OpenFOAM自带的wmake编译器和库之间的逻辑,提取出完整的CFD核心代码,实现其独立编译,并与原始代码库进行了比较分析。(3)通过3个算例来验证所提取核心代码的有效性和正确性。本论文提取的CFD核心代码具有简洁性和可扩展性,将用于新流动理论的数值模拟,推动湍流这一困难问题的研究。
【图文】：

示意图,软件框架,示意图,求解器

每周进行代码更新，最后一种是 OpenFOAM-Extened，由分别维护。相对于其他两个版本，稳定版本对一些主要的算法、边数对象的代码编译进行优化，这些优化使得 OpenFOAM-6 对可用性所提高。主要从软件和运行两个框架分别介绍 OpenFOAM，作为一个开件，主要包括前处理，求解器，后处理三个软件，如图 1.1 所示。Op处理包括计算模型的网格划分，初始条件和边界条件的设置，物性参控制方程和离散方程的设置和离散方程的求解设置等。前处理中网使用 OpenFOAM 自带的工具，比如 blockMesh、snapplyHexMesh 等用第三方软件，比如 Gambit、ICEM 等软件。求解器是 OpenFOAM 的每个求解器都可以求解不同的流体情况，如不可压缩类型求解器类器类、应力分析求解器类等。OpenFOAM 后处理主要是对计算所得据进行可视化，可以使用自带 Paraview[7]后处理软件，为用户清晰呈图、矢量图、流线图以及动态图等，也可以将计算结果导入其他后比如 Tecplot、GMV、Ensight 等。

框图,程序结构,框图,文件夹

第 1 章绪论位于 constant 中的 polyMesh。接着读取场值，在读取初始场值大小在“0”文件夹中进行设置。进入时间循环，选择物理模型，，本文研究的模型为输运模型（transportProperties），在 constant 文件夹中定义。接着求解控制方程并输出计算结果，最后根据计算结果收敛行判断是否完成计算，收敛在 system 文件中的fvsolution 文件中设置。
【学位授予单位】：南昌大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：O35;TP319

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