OpenFOAM程序开发入门（1）

一、OpenFOAM应用类型：

1、直接利用OpenFOAM的标准的求解器进行模拟，把OpenFOAM替代商业软件来使用，OpenFOAM已基本具有这样的功能和人气，与Fuent，Star-CD等相比较，OpenFOAM显然具有更高的求解效率和灵活性。

2、用户自定义求解器，即利用OpenFOAM的基本类库，如finiteVolume，OpenFOAM库来按照自己的求解流程来编写针对某类应用的求解器。用户需要开发的求解器就是类似于在OpenFOAM的applications中所看到的标准求解器icoFOAM，simpleFOAM等。显然这一需求是非常大的，从OpenFOAM问世以来，已有很多用户定义了自己的求解器。这类需求的特点是，并不需要特别关心离散和求解的最底层的知识，如时间项离散，空间项离散等，关注的重点是求解的步骤或者流程。在编程中，通常是顶层的求解流程的开发，在多数情况下可以不编译OpenFOAM的finiteVolume和OpenFOAM库。这种顶层的求解器的开发，是我们以前常常忽略的，或者是以前没有能力做到的。需要指出的是，商业软件中的所谓udf，user subroutine和这是不可相比的。

3、用户自己定义离散方法等。对于研究离散格式、代数求解器等人来说，更关注时间项ddt，扩散项Laplacian，对流项div是如何离散的，能否有更高效更高精度的离散方法，这需要修改finiteVolume库和OpenFOAM库中对应的代码。尤其是对流项，尽管OpenFOAM已经提供了基于NVD和TVD的模板和40多种有名的高阶高精度格式，但可以预见，这仍然是不够的，毕竟对流项的离散仍然是目前CFD的重点研究方向。

二、OpenFOAM程序开发的基本知识

1、重要的环境变量:

$WM_PROJECT_USER_DIR ―― OpenFOAM的用户目录
$FOAM_TUTORIALS ------OpenFOAM的算例目录
$ FOAM _SRC ------OpenFOAM库的源程序目录
$ FOAM_APP ------ OpenFOAM的求解器目录
$ FOAM_APPBIN ------- OpenFOAM的求解器执行文件目录
$ FOAM_RUN ------用户的算例目录

2、重要的shell：

run ＝ cd to $FOAM_RUN
src = cd to $FOAM_SRC
app = cd to $FOAM_APP
util = cd to $FOAM_APP/utilities
sol = cd to $FOAM_APP/solvers
tut = cd to $FOAM_TUTORIALS

3、求解器的基本文件结构

appName 包含求解器源代码的目录

appName.C 求解器主程序
CreateFields.H 场变量的声明和初始化
Make/ 编译指令
- files 编译需要的源程序文件和生成的目标文件
- options 编译选项,如链接库等

appName/appName.C是求解器的主程序
appName/createFields.H声明变量，并从文件中读入初值，如p，物质属性。
appName/Make/files 所有源程序的名称，一个文件一行，最后一行是目标代码的名称和存放位置，EXE=$(FOAM_USER_APPBIN)/appName
appName/Make/options设定查找头文件和库的路径，EXE_INCS,和需要链接的库EXE_LIBS

4、算例的基本文件结构

case/ 算例目录

0/ 包含初始和边界条件
constant/ 包含初次读入后，不随时间变化的数据
- polyMesh/ 包含多面体网格数据
- transportProperties/ 包含物性数据
system/ 包含计算控制和离散格式设定
- controlDict 包含计算控制，如时间步长等
- fvSchemes 包含离散格式设定
- fvSolutions 包含代数求解器或SIMPLE，PISO算法设定

具体而言
case/0 每个需求解的变量需要一个文件设定其初始边界条件
case/constant/polyMesh 网格数据，如owner neighbour points faces boundary
case/system/transportProperties 物性数据
case/system/controlDict 设定起始终止时间，时间步长，输出控制
case/system/fvSchemes 设定程序用到的每个微分算子的离散格式
case/system/fvSolution 为每个变量选择代数方程求解器/收敛精度及PISO等算法设定

三、OpenFOAM程序开发的理论知识

作求解开发，必须能写出需要求解的控制方程及其定解条件，并且对于如何求解方程或方程组的步骤已经明确。
这些流体力学、传热学以及相关的理论是必需的，所谓连续介质力学中的数学模型，控制方程和定解条件就是表示它的语言。

四、OpenFOAM程序开发的最简单的例子

下面采用OpenFOAM来开发一个用户自己的求解器。主要是利用OpenFOAM的标准求解器icoFoam，用户不需要写任何代码，只为为了熟悉OpenFOAM程序开发的环境和步骤。
步骤：

可采用下面的Linux的命令实现：
到OpenFOAM的incompressible目录

cd applications/incompressible
cp –r icoFoam myicoFoam

以上只是复制目录icoFoam到新的位置，并且新目录名为myicoFoam

cd myicoFoam

进入新的目录，查看一下，可以看到里面的文件和icoFoam中是否一样

2、原文件改名，并且删除依赖文件

将icoFoam.C改名myicoFoam.C

mv icoFoam.C myicoFoam.C

删除依赖文件

rm icoFoam.dep

3、修改编译文件files和options

进入Make目录，打开files文件
将

icoFoam.C      源程序文件名
EXE = \$(FOAM_APPBIN)/icoFoam  可执行文件名

修改为

myicoFoam.C      源程序文件名
EXE = \$(FOAM_APPBIN)/myicoFoam  可执行文件名

此例中options不需修改，可以打开看看

EXE_INC = \    头文件包含
    -I$(LIB_SRC)/finiteVolume/lnInclude
EXE_LIBS = \  链接库
-lfiniteVolume

4、删除原来的obj文件

rm –rf linuxGccDPOpt
cd ..

5、编译

wmake

6、检验一下

到tutorial目录，检验一下

myicoFoam . cavity

参考资料：
[1] http://www.cfluid.com/thread-71981-1-1.html