OpenFOAM｜22 自定义初始值

本文描述利用codeStream与setField自定义初始条件。

1 介绍

在设置计算域的局部初始条件时，可以使用程序setFields。此实用程序非常灵活，除了可以设置指定区域内的初始值外，还可以读取STL文件并使用它们来初始化物理场。然而如果使用setFields无法获得所要的结果时，可以使用codeStream编制程序来实现自定义的初始条件。

codeStream定义初始条件与定义边界条件的方式类似，定义完毕后，在求解器求解计算时会自动编译生成程序库并加载运行。如下示例为初始化示例：

// internalField为初始条件关键字

internalField #codeStream

{

{

// 这里列举编译所需的头文件

codeInclude

#{

#include "fvCFD.H"

#};

// 这里列举编译选项

codeOptions

#{

- I$(LIB_SRC) / finiteVolume / lnInclude - I$(LIB_SRC) / meshTools / lnInclude

#};

// 这里列举编译所需的外部库

codeLibs

#{

- lmeshTools - lfiniteVolume

#};

// 这里放置功能实现源代码

code

#{

#};

};

}

如下面的示例模型。

利用codeStream定义椭圆区域内相Phase2的体积分数。可以在字典文件alpha.phase1中采用下面的代码：

internalField #codeStream

{

{

codeInclude

#{

#include "fvCFD.H"

#};

codeOptions

#{

-I$(LIB_SRC) / finiteVolume / lnInclude \

-I$(LIB_SRC) / meshTools / lnInclude

#};

codeLibs

#{

-lmeshTools - lfiniteVolume

#};

code

#{

// 访问到计算网格信息

const IOdictionary& d = static_cast(dict);

const fvMesh& mesh = refCast(d.db());

// 定义区域内初始体积分数为0

scalarField alpha(mesh.nCells(), 0.);

scalar he = 0.5;

scalar ke = 0.5;

scalar ae = 0.3;

scalar be = 0.15;

forAll(alpha, i)

{

// 获取网格面的x,y,z坐标

const scalar x = mesh.C()[i][0];

const scalar y = mesh.C()[i][1];

const scalar z = mesh.C()[i][2];

// 得到椭圆形区域

if ( pow(y-ke,2)

{

// 指定区域内体积分数为1

alpha[i] = 1.;

}

}

writeEntry(os, "", alpha);

#};

};

}

相同的模型其实也可以使用setField来处理，如构建下面的几何模型。

准备下面的setFieldsDict字典：

defaultFieldValues

(

volScalarFieldValue alpha.phase1 0

);

regions

(

surfaceToCell

{

file "./geo/ellipse.stl";

outsidePoints((0.5 0.85 0));

includeInside true;

includeOutside false;

includeCut false;

fieldValues

(

volScalarFieldValue alpha.phase1 1

);

}

);

2 示例

2.1示例1

如下面用于计算Rayleigh-Taylor不稳定线性的模型。

需要初始化相间界面，这里指定其相间界面为余弦函数分布：

可以编制其代码为：

code

#{

const IOdictionary &d = static_cast(dict);

const fvMesh &mesh = refCast(d.db());

scalarField alpha(mesh.nCells(), 0.);

forAll(alpha, i)

{

const scalar x = mesh.C()[i][0];

const scalar y = mesh.C()[i][1];

if (y >= -0.05 * cos(2 * constant::mathematical::pi * x))

{

alpha[i] = 1.;

}

}

writeEntry(os, "", alpha);

#};

2.2 示例2

如下图所示的计算模型。

在alpha.water字典中使用codeStream指定初始水位。

internalField #codeStream

{

...

...

...

code

#{

const IOdictionary &d = static_cast(dict);

const fvMesh &mesh = refCast(d.db());

scalarField alpha(mesh.nCells(), 0.);

forAll(alpha, i)

{

const scalar x = mesh.C()[i][0];

const scalar y = mesh.C()[i][1];

const scalar z = mesh.C()[i][2];

if (y

{

alpha[i] = 1.;

}

}

writeEntry(os, "", alpha);

#};

}

在alpha.water中指定入口边界中水相体积分数：

leftWall

{

type codedFixedValue;

value uniform 0;

name inletProfile2;

code

#{

const fvPatch &boundaryPatch = patch();

const vectorField &Cf = boundaryPatch.Cf();

scalarField &field = *this;

field = patchInternalField();

scalar min = 0.5;

scalar max = 0.7;

scalar t = this->db().time().value();

forAll(Cf, faceI)

{

if (

(Cf[faceI].z() > min) &&

(Cf[faceI].z() < max) &&

(Cf[faceI].y() > min) &&

(Cf[faceI].y() < max))

{

if (t < 2.)

{

field[faceI] = 1.;

}

else

{

field[faceI] = 0.;

}

}

}

#};

}

在0/U边界条件中指定入口速度与时间关系，使用codedFixedValue进行指定：

leftWall

{

type codedFixedValue;

value uniform(0 0 0);

name inletProfile1;

code

#{

const fvPatch &boundaryPatch = patch();

const vectorField &Cf = boundaryPatch.Cf();

vectorField &field = *this;

scalar min = 0.5;

scalar max = 0.7;

scalar t = this->db().time().value();

forAll(Cf, faceI)

{

if (

(Cf[faceI].z() > min) &&

(Cf[faceI].z() < max) &&

(Cf[faceI].y() > min) &&

(Cf[faceI].y() < max))

{

if (t < 2.)

{

field[faceI] = vector(1, 0, 0);

}

else

{

field[faceI] = vector(0, 0, 0);

}

}

}

#};

}