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《基于OpenFoam得機(jī)翼繞流仿真》由會員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、前言本文采取的是用gambit畫網(wǎng)格，然后使用OpenFoam開源軟件進(jìn)行CFD計算，在這里開源軟件的運(yùn)用不僅可以幫助我們理解計算流體力學(xué)的理論知識，還可以讓我們查看開源軟件的源代碼，學(xué)習(xí)編制CFD應(yīng)用軟件的經(jīng)驗(yàn)，同時還能滿足我們的個性化需求，我們甚至可以根據(jù)自己的需求編寫自己的求解器。在這里簡單的介紹下OpenFoam的文件結(jié)構(gòu)，首先整個軟件是開源的，首先是軟件的功能通過求解器和工具實(shí)現(xiàn)，其結(jié)構(gòu)如下：solvers即為求解器，utilities即為各個工具的文件夾，test為軟件功能的測試文夾。接下來介紹求解器的文件結(jié)
2、構(gòu)：appName.c為求解器的主文檔（main()函數(shù)所在地），以及各個求解器需要調(diào)用的頭文件，例如下文提到的Ueqn.H，Make文件夾是求解器的編譯文件夾，由于OpenFoam是在linux系統(tǒng)中，OpenFoam采用的是UNIXmake程序來傳遞給編譯器進(jìn)行編譯，make就提供了wmake程序腳本。接下來介紹case文件結(jié)構(gòu)：System文件夾包含了求解過程的控制、離散格式、求解器的代數(shù)解法。Constant則包含網(wǎng)格信息、湍流條件、傳輸方程的參數(shù)。0文件夾則包含各個量的初始條件。一．題一：1.網(wǎng)格的繪制首先，在
3、這里敘述一下OpenFoam對網(wǎng)格的支持，OpenFoam支持大多數(shù)網(wǎng)格軟件的格式，只用調(diào)用相應(yīng)的轉(zhuǎn)換工具即可生成需要的網(wǎng)格。例如本文使用的是gambit軟件繪制的.neu文件，將網(wǎng)格文件放入相應(yīng)的const文件夾中，在終端輸入gambitToFoamxxx.neu，即可生成OpenFoam能夠識別的網(wǎng)格文件。需要注意的是，生成的網(wǎng)格會根據(jù)在gambit中設(shè)置的邊界條件生成一個boundary文件，但在轉(zhuǎn)換的過程中可能出現(xiàn)問題，這時就需要自己手動的根據(jù)具體問題重新設(shè)置。本文的邊界情況如下圖：我們可以看到整個文件分為四部分
4、：inlet、outlet、wall以及frontAndBack。前三個很好理解，第三個是流場在Z方向的上下邊界名字，這是因?yàn)樵贠penFoam里只有三維模型，如果想運(yùn)算二維模型的話，就需要將Z方向設(shè)的相對較小?，F(xiàn)在我們可以檢查網(wǎng)格的質(zhì)量，在終端中輸入checkMesh，可以在終端輸出網(wǎng)格質(zhì)量，網(wǎng)格質(zhì)量如下圖：可以發(fā)現(xiàn)網(wǎng)格質(zhì)量良好，接下來在終端輸入paraFoam，即可在GUI中看到網(wǎng)格了，其網(wǎng)格如下圖：2.求解器設(shè)置二維機(jī)翼的來流參數(shù)為：翼型攻角10°,弦長為0.14m，海平面大氣壓和溫度(或程序默認(rèn)溫度),來流速度5
5、5m/s。通過計算可以得出Re數(shù)為5.27e05，大于了5e05，所以采用湍流求解器，55m/s的速度又可將流體視作不可壓縮流體。OpenFoam擁有眾多編寫好的求解器，通過查閱用戶指南，可以找到一個求解器滿足不可壓縮、湍流的要求：simpleFoam，是基于simple算法求解。下圖為simpleFoam的源代碼核心部分：可以看到，在simple循環(huán)里，對U方程和P方程進(jìn)行了求解，下圖為pimpleFoam的源代碼核心部分：可以看到，在進(jìn)行U方程后插入了一個P方程的PISO修正循環(huán)，這里有一點(diǎn)細(xì)微的差別。本文采用sim
6、ple算法進(jìn)行求解，接下來是對湍流特性以及求解算法的設(shè)定，在const文件夾中的turbulenceProperties文件中進(jìn)行設(shè)置，其圖如下：可以看到本文利用的是SpalartAllmaras模型，此模型適用于低雷諾數(shù)的情況。由于本題需要輸出Cd、Cp、Cl的分布圖，而OpenFoam沒有在輸出數(shù)據(jù)中計算這些數(shù)據(jù)，因此需要手動載入數(shù)據(jù)，在system文件夾中的controlDict文件中加入以下語句：functions{forceCoeffs{typeforceCoeffs;functionObjectLibs("l
7、ibforces.so");patches(wall);logtrue;rhorhoInf;rhoInf0.001;CofR(000);liftDir(010);dragDir(100);pitchAxis(001);magUInf55;lRef140;Aref28;writeControltimeStep;writeInterval1;}};另外需要在system文件夾中設(shè)置求解控制參數(shù)，我設(shè)置的時間是500s，每隔50s寫入數(shù)據(jù)到相應(yīng)的文件夾中，更多細(xì)節(jié)見附件。在OpenFoam中要想顯示殘差，需要借助Python和
8、Gnuplot工具接下來設(shè)置邊界條件，邊界條件在0文件夾中的nut、nutidla、P、U文件定義，我們找到S_A模型置用到了湍流黏度和分子運(yùn)動黏度，nut和nutidla就分別定義了這二者的邊界條件。具體見下表：PUnutnutidlainletfreestreamFreestreamFreestreamFrees
