OpenFOAM顶盖驱动流详解!使用手册(中文翻译版)

引言

这是开源场运算和操作c++库类（openfoam）的使用指南。他详细描述了OpenFOAM的基本操作。首先通过第二章一系列教程练习。然后通过对更多的独立组件的更详细的描述学习openfoam。

Of 首先主要是一个c++库类，主要用于创建可执行文件，比如应用程（application）。应用程序分成两类：求解器，都是为了解决特定的连续介质力学问题而设计的；公用工程，这些是为了执行包括数据操作等任务而设计的。Of 包括了数量众多的solver和utilities，牵涉的问题也比较广泛。将在第三章进行详尽的描述。

Of 的一个强项是用户可以通过必要的预备知识(包括数学，物理和编程技术)创建新的solvers 和utilities。

Of 需要前处理和后处理环境。前处理、后处理接口就是of本身的实用程序（utilities），以此确保协调的数据传输环境。图是of总体的结构。第4章和第五章描述了前处理和运行of 的案例。既包括用of提供的mesh generator划分网格也包括第三方软件生成的网格数据转换。第六章介绍后处理。

Chapter 2

指导手册

在这一章中我们详细描述了安装过程，模拟和后进程处理一些OpenFOAM测试案例，以引导用户运行OpenFOAM的基本程序。$FOAM_TUTORIALS 目录包含许多案件演示of提供的所有求解器以及许多共用程序的使用，在试图运行教程之前，用户必须首先确保他们已经正确地安装了OpenFOAM。

该教程案件描述 blockMesh预处理工具的使用，paraFoam案例设置和运行OpenFOAM求解器及使用paraFoam进行后处理。使用OpenFOAM支持的第三方后处理软件的用户可以选择：他们要么可以按照教程使用paraFoam，或当需要后处理时参阅第六章的第三方软件使用说明。

OpenFOAM安装目录下的tutorials目录中所有的指导手册都是可复制的。教程根据流动类型分列在不同的目录下，对应子目录根据求解器slover分类。例如，所有icoFoam的案件存储在一个子目录“incompressible / icoFoam”， incompressible表示流动类型为不可压。如果用户希望运行一套例子，建议该用户复制tutorials目录到本地运行目录。他们可以轻松的通过输入下边的命令来复制：

mkdir -p $FOAM RUN

cp -r $FOAM TUTORIALS $FOAM RUN

盖驱动腔流Lid-driven cavity flow

本节将介绍如何进行预处理，运行和后处理一个例子，涉及二维正方形区域内的等温，不可压缩流动。图中几何体的所有边界都是由壁面。在x方向顶层墙体以1米/秒的速度移动，而其他3个墙壁是静止的。最初，流动会假设为层流，将在均匀网格上使用icoFoam求解器来求解层流等温不可压流动。在本教程中，将研究加强网格的划分的效果和网格朝向壁面分级的效果。最终，流动雷诺数增加，必须使用用于恒温不可压缩紊流的pisoFoam求解器.

前处理

通过编辑实例文件在OpenFOAM中设置实例，用户应选择一个xeditor进行前处理，如emacs，vi，gedit，kate,nedit等。编辑文件可能在OpenFOAM中，因为I / O的目录格式的关键字意思很明确，很容易使没有经验的用户理解。

模拟实例涉及网格，流场，属性，控制参数等数据。如节所述，在OpenFOAM，这些数据是存储在实例目录下的一组文件中，而不是单个实例文件，如许多其他流体力学软件包。实例目录给予适当的描述性名称，例如：该教程中的第一个例子就叫cavity。在编辑实例文件和运行cavity实例前的准备工作中，用户应打开该案例的目录：

cd

/home/turtlebot/OpenFOAM/

生成网格

OpenFOAM经常运行在三维直角坐标系统中，生成的都是三维几何结构。OpenFOAM默认求解三维问题，可以通过在某些边界上指定一个'special' empty边界条件，这些边界垂直于不要求解的第三维，从而来求解二维问题。（三维如何求解二维的问题）

cavity腔域是一个在xy平面上边长d= 的正方形。起初用20*20的均匀网格。块结构见

图。网格生成器是OpenFOAM的blockMesh，根据一个输入文档blockMeshDict(在给定实例的constant/polyMesh目录下)中的指定描述生成网格。对该实例输入的blockMeshDict如下所示：

11 format ascii;

12 class dictionary;

13 object blockMeshDict;

14 }

15 .}大括号界定。

注释（来自苏军伟博客）：

FoamFile

...Properties的文件里，放在Dictionaries目录树。对于这个icoFoam例子，唯一必须指定的运动粘度是存储在transportProperties目录中。用户可以检查运动粘度是否正确设置，通过打开transportProperties目录来查看或编辑的入口。运动粘度的关键字是nu，在方程中用同音的希腊字母ν代表。最初，例子运行时雷诺数为10，其中雷诺数定义为：

式中，d和1U1分别为特征长度和特征速度，ν为运动粘度。此处d=，1U1=1m/s,所以Re=10时，ν= s−1 。因此正确的动力粘度文件入口指定为：

control

与时间控制、解数据的读取与存储相关的输入数据都是从controlDict目录读入的。读者应看看这个文件；作为实例控制文件，他放在system目录中。

运行的开始/结束时刻及时间步长必须设置。节详细介绍了OpenFOAM提供够灵活的时间控制。在这个教程我们设置开始运行时刻从t=0开始，这意味着of需要从文件夹0读取流场数据，更多案例文件结构信息见小节。因此我们设置startFrom关键词为startTime 并指定关键词startTime 为0。