icoFoam代码解析

icoFoam代码解析

icoFoam是OpenFOAM最基础的求解器之一，想要以OpenFOAM为基础进行二次开发的同学必须对icoFOAM的代码有所了解。关于此部分内容，由于篇幅限制，更多内容可以参考本博文对应的资源"OpenFOAM编程日志，单相不可压缩流动"或去本人的CSDN资源空间搜索下载。

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Application
    icoFoam

Description
    Transient solver for incompressible, laminar flow of Newtonian fluids.

\*---------------------------------------------------------------------------*/

#include "fvCFD.H"
#include "pisoControl.H"

// * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * //

int main(int argc, char *argv[])
{
    #include "setRootCaseLists.H"
    #include "createTime.H"
    #include "createMesh.H"

    pisoControl piso(mesh);

    #include "createFields.H"
    #include "initContinuityErrs.H"

    // * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * //

    Info<< "\nStarting time loop\n" << endl;

    while (runTime.loop())
    {
        Info<< "Time = " << runTime.timeName() << nl << endl;

        //计算库朗数并输出至屏幕
        #include "CourantNo.H" 

        // Momentum predictor
        //构建动量方程的一部分，之所以不直接构建成完全形式，是为了
        //提取速度矩阵中的系数，详见后面的代码。
        fvVectorMatrix UEqn
        (
            fvm::ddt(U)
          + fvm::div(phi, U)
          - fvm::laplacian(nu, U)
        );

        //如果进行速度预测，则求解完整的动量方程得到预测速度
        //如果不进行速度预测，则预测速度直接取当前已知时间步的速度
        if (piso.momentumPredictor())
        {
            solve(UEqn == -fvc::grad(p));
        }

        // --- PISO loop
        while (piso.correct())
        {
            //UEqn.A 取出的是式12中的Ap
            //下面的UEqn.H()对应解析中的H算符
            //rAU的结果就是解析中的A的逆
            //注意，进行H运算和A运算的时候，针对的都是最早组建的动量方程
            //也就是前面所说的更新HbyA时三个系数并不更新。
            //关于这部分代码的具体实现，可以参考附录7
            volScalarField rAU(1.0/UEqn.A());　

             //可参考constrainHbyA的源码，这部分的程序主要考虑的是代码上的考虑
            //就结果上来说，返回的结果就是rAU*UEqn.H()
            volVectorField HbyA(constrainHbyA(rAU*UEqn.H(), U, p));　
            
            //ddtPhiCorr对于在非结构网格，运用压力-速度耦合算法时，可以减少压力，速度以及速度通量的解耦
            //(解耦就是用数学方法将两种运动分离开来处理问题，常用解耦方法就是忽略或简化对所研究问题影响较小的一种运动，
            //只分析主要的运动的发生）。
            //但新版本中使用了更具一般性的ddtCorr，替代并增强了前者的作用。
            //可参见附录2
            //据说fvc::interpolate(rAU)*fvc::ddtCorr(U, phi)的作用是保证速度通量的全局守恒，以确保压力方程有解
            //此部分代码的具体意义还有待商榷。
            surfaceScalarField phiHbyA
            (
                "phiHbyA",
                fvc::flux(HbyA)
              + fvc::interpolate(rAU)*fvc::ddtCorr(U, phi)
            );
            
            //泊松方程如果给定Neumann边界条件，需要给定一个附加条件。
            //在NS方程中，这个附加条件就是就是要保证速度边界条件是守恒的。
            //adjustPhi即是做此修正。
            adjustPhi(phiHbyA, U, p);

            //修改压力边界条件确保通量守恒
            // Update the pressure BCs to ensure flux consistency
            constrainPressure(p, U, phiHbyA, rAU);

            // Non-orthogonal pressure corrector loop
            while (piso.correctNonOrthogonal())
            {
                // Pressure corrector

                //构建压力方程并进行求解
                fvScalarMatrix pEqn
                (
                    fvm::laplacian(rAU, p) == fvc::div(phiHbyA)
                );

                pEqn.setReference(pRefCell, pRefValue);

                pEqn.solve();

                if (piso.finalNonOrthogonalIter())
                {
                    phi = phiHbyA - pEqn.flux();
                }
            }

            #include "continuityErrs.H"
            
            //更新速度
            U = HbyA - rAU*fvc::grad(p);
            U.correctBoundaryConditions();
        }

        runTime.write();

        Info<< "ExecutionTime = " << runTime.elapsedCpuTime() << " s"
            << "  ClockTime = " << runTime.elapsedClockTime() << " s"
            << nl << endl;
    }

    Info<< "End\n" << endl;

    return 0;
}


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