OpenFOAM——梯形腔双边驱流

本算例来自《ANSYS Fluid Dynamics Verification Manual》中的VMFL054: Laminar flow in a Trapezoidal Cavity 

 

顶部和底部壁面均以400m/s的速度运动引起梯形腔内流体流动

梯形腔内流体的物性参数为：

 

首先进行建模操作，任何建模软件均可，本算例在workbench中直接建模，生成非结构化网格，然后利用OpenFOAM下转化网格，生成的网格如下： 

接下来转入OpenFOAM的操作：

首先新建一个文件夹，名字任取，本算例中我将该文件夹命名为：trapezoid 

         然后进入OpenFOAM的安装目录，将安装目录下的pitzDaily算例（我的目录为/opt/openfoam5/tutorials/incompressible/simpleFoam/pitzDaily）下的0文件夹、constant文件夹和system文件夹拷贝到trapezoid文件夹下，然后删除system目录下的blockMeshDict文件，因为我们利用OpenFOAM的命令转化.msh文件为OpenFOAM能接受的网格文件，删除system目录下的streamlines文件，删除0文件夹下的epsilon，f，k，nut，nuTilda，omega，v2这些文件，因为本算例不会用到这些文件。 

 

然后将刚才导出的网格文件拷贝到trapezoid文件夹下，在trapezoid文件夹下打开终端，输入fluentMeshToFoam命令（由于建模的时候就采用的米为单位，所以这里不用缩放网格）： 

  

我们打开constant文件夹下的transportproperties文件，此处我们将运动黏度设置为1㎡/s 

接着修改turbulenceProperties文件，此处我们将模拟类型设置为层流（laminar）

    然后对初始边界条件进行设置，下面转入0文件夹下进行操作：

在0文件夹下我们可以看到U和P两个文件：

然后对初始边界条件进行设置，下面转入0文件夹下进行操作：

修改P文件和U文件

P文件当中的内容如下： 

U文件当中的内容如下： 

接着我们设置controlDict文件 

 

fvSchemes文件修改如下： 

 

fvSolution文件修改如下： 

 

回到算例文件夹下，打开终端，由于我安装了PyFoam来实时输出残差，所以在终端中输入pyFoamPlotRunner.py --clear simpleFoam开始计算：

 

等到计算结束： 

 

    将计算结果导入paraview里面进行处理 

流线图

 

Tecplot处理结果：

 

速度等值线： 

 

计算结果与实验数据对比：

我们采用sampleDict的方式来获取中心轴线的分布

我们在system目录下新建一个文本文件，将文本文件的名称改为sampleDict，然后文本文件的内容如下： 

 

说明一下：

interpolationScheme的关键字后面可跟的选项为cell，cellPoint，cellPointFace，其中cell认为单位中心点的值就代表了整个单元的值，cellPoint使用单元中心的值和定点的值进行线性加权插值，cellPointFace使用单元格中心，顶点和面值混合线性加权/单元格插值。

 

setFormat的关键字后可跟的选项为raw，gnuplot，xmgr，jplot，这些分别是指输出数据的格式，raw表示我们平常看见的格式，gnuplot是指gnuplot作图所能接受的格式，其他类似。

 

centerline表示输出文件的名称，这个可根据自己需要随意指定

 

type的关键字后面可跟的选项为uniform，face，midPoint，midPointAndFace，curve，cloud，uniform表示沿指定的路径均匀取点，face表示指定线和单元格面的交点，midPoint表示线面交叉点之间的中点，midPointAndFace表示midPoint和face的组合，curve表示指定点，然后沿曲线追踪。cloud表示指定点。

 

axis的关键字后面肯跟的选项为x,y,z,xyz, distance,x表示数据文件当中只输出x坐标，y，z表示的含义类似，xyz表示同时输出x，y，z的坐标，distance表示取样点距离起点的距离。

 

start关键字后面跟上一个向量，表示起点的坐标

 

end关键字后面跟上一个向量，表示终点的坐标

 

nPoints表示取点的数目

 

fields关键字后面跟上的是一系列的物理量，比如压力p，速度U，温度T，一定要将这些物理量用括号括起来,类似(p U T)

更加详细的说明见：https://cfd.direct/openfoam/user-guide/v3-sample/

我们在终端中输入命令：postProcess -func sampleDict -latestTime

 

 我们可以看到在算例目录下多出了一个postProcess的后处理文件夹 

 

    我们点击到底会有一个后缀为*.xy的文件 

    我们打开文件： 

 

其中第一列为y轴坐标，因为我们在sampleDict当中设置的axis为y，而其他三列分别为速度在x方向，速度在y方向，速度在z方向的分量。

 

    沿AA轴线：

 

    沿BB轴线:

 

注意一下速度在y方向的标准化是除以的壁面速度的负数，本算例是-400，x方向的标准化是除以壁面速度，本算例是400

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