一种构建openfoam求解器的方法技术

一种构建openfoam求解器的方法，包括以下步骤：S1：根据Rolie

【技术实现步骤摘要】
一种构建openfoam求解器的方法


[0001]本专利技术属于流体力学实验模拟领域，具体涉及一种构建openfoam求解器的方法。

技术介绍

[0002]计算流体力学(Computational Fluid Dynamics)20世纪50年代以来，随着计算机的发展而产生的一个介于数学、流体力学和计算机之间的交叉学科，主要研究内容是通过计算机和数值方法来求解流体力学的控制方程，对流体力学问题进行模拟和分析。
[0003]采用直接数值模拟DNS方法的特点：可以获得湍流场的全部信息
[0004]直接数值模拟工具：OpenFOAM是一个开源场运算与操作C++库，其用于创建可执行文件，如应用程序(application)。OpenFOAM内置的应用程序(约250个)分成两类：求解器(solve)与工具(utilities)。其中求解器时为了解决特定的连续介质力学问题而设计的；工具则是为了执行数据操作等任务而设计的。使用OpenFOAM进行场的运算，得到湍流场的所有时间步下的数据，以便了解弹性湍流的特性。
[0005]C++是一种计算机高级程序设计语言，由C语言扩展升级而产生。C++拥有计算机运行的实用性特征，同时还致力于提高大规模程序的编程质量与程序设计语言的问题描述能力。
[0006]在编程中使用对象来表示物理对象和抽象实体带来的便捷性不容低估。通过创建这种可以使用代码中所有结构的类分层，能够使得代码管理更容易。新的类可以从其它的类上继承。例如vectorField可以从vector类以及Field类上继承过来。C++也提供了模板类机制，例如Field<Type>可以表示任何的<Type>场，例如scalar，vector，tensor等。模板类的特性保留在任何从模板类创造的类型上。模板和继承大大简化了重复代码并且使得整体的代码结构更加清晰。
[0007]PETSc(Parallel Extensible Toolkits for Scientific Computing)是由美国Argonne国家实验室开发的可移植可扩展科学计算工具箱，基于MPI标准进行消息传递，主要用于在分布式存储环境高效求解偏微分方程组及相关问题。

技术实现思路

[0008]鉴于现有问题，本专利技术的目的在于提供一种构建openfoam求解器的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：根据Rolie
‑
Poly本构模型基于C++代码编写Rolie
‑
Poly.H文件；S2：在createFeilds.H中定义参数变量名；S3：对PisoFoam求解器中的PisoFoam.C文件添加Rolie
‑
Poly.H本构模型文件；S4：在OpenFOAM
‑
6exercise版本中编译求解器；S5：使用平板剪切流计算案例进行数据生成；S6：生成数据图与rheoFoam案例中的数据对比。
[0009]优选地，步骤S1通过以下方程描述Rolie
‑
Poly本构模型：
[0010]其中，A为构象张量，I为单位张量，tr(A)为张量A的迹，λ
D
为聚合物分子链从管中蠕动出来
的松弛时间，λ
R
为聚合物链被拉伸后的松弛时间，β是对流约束释放系数。
[0011]优选地，步骤S1通过方程计算所述Rolie
‑
Poly本构模型中的粘弹模型的应力，其中，η
p
为聚合物粘度，λ
D
为聚合物分子链从管中蠕动出来的松弛时间，通过公式计算k的取值，其中，χ≤1时，k＝1；χ>1时，其中χ
max
是改黏弹流体的弹性，在平板剪切流计算案例的transportproperties中，即为chiMax参数。
[0012]优选地，步骤S1通过所述Rolie
‑
Poly本构模型和N
‑
S方程，计算构象张量A，并将所述Rolie
‑
Poly本构模型封装于Rolie
‑
Poly.H文件中。
[0013]优选地，步骤S2具体包括：在所述createFields.H中添加关于Rolie
‑
Poly模型的的以下变量参数：Rolie
‑
Poly本构模型中的张量：构象张量TensorA、构象张量的迹trA、应力sigma和标量：聚合物分子链从管中蠕动出来的松弛时间lambdaD、表示聚合物链被拉伸后的松弛时间lambdaR、溶剂的粘度etaS、高分子聚合物的粘度etaP、高分子溶液的弹性chiMax、溶液出现剪切平台的斜率beta和delta、流体密度rho；以上物理参数通过代码格式录入文件createFields.H，编译存储至OpenFOAM环境，作为求解器的参数部分。
[0014]优选地，步骤S3具体为在PisoFoam.C文件的压力方程之后添加Rolie
‑
Poly.H本构模型文件：#include"Rolie
‑
Poly.H"。
[0015]步骤S4具体为：在OpenFOAM
‑6‑
exercise环境下，使用wmake命令对文件目录进行编译，编译完成的OpenFOAM程序顶层源文件命名为.C，所述OpenFOAM程序源代码放置于同名文件夹中，所述同名文件夹包括Make文件夹，所述Make文件夹中包括options文件和files文件，其中，files文件为规定的求解器名称，options文件中规定求解器调用的库的路径。
[0016]优选地，步骤S5使用的平板剪切流计算案例使用Re＝0.002，Wi＝2，边长1x1x1的立方体的平板剪切流，其初始条件为：剪切流上下平面相向速度为1；其边界条件为：立方体的四周面为周期边界条件；所述平板剪切流计算案例在OpenFOAM环境下使用求解器求解，生成每0.1时间步记录的文件数据。
[0017]优选地，步骤S6通过探针处理生成的数据，并生成速度随Y的变化趋势图、第一法向应力差系数随Y的变化趋势图、第二法向应力差随Y的变化趋势图，对比以上数据和图像与RheoFoam求解器求解结果的区别。
[0018]本专利技术的有益技术效果在于：
[0019]本专利技术提供了一种基于pisoFoam求解器一致Rolie
‑
Poly本构方程构建OpenFOAM求解器的方法，本专利技术使用的技术方案使用了新的求解器生成思路，能够为计算湍流流场提供有效的数据计算方法，对比现有的rheoFoam求解器，本专利技术在保证准确性的前提下大幅提升了计算效率。
附图说明
[0020]图1是本专利技术提供的一种构建openfoam求解器的方法的流程示意图；
[0021]图2是本专利技术提供的一优选实施例使用的平板剪切流动模型；
[0022]图3是本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种构建openfoam求解器的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：根据Rolie
‑
Poly本构模型基于C++代码编写Rolie
‑
Poly.H文件；S2：在createFeilds.H中定义参数变量名；S3：对PisoFoam求解器中的PisoFoam.C文件添加Rolie
‑
Poly.H本构模型文件；S4：在OpenFOAM
‑
6exercise版本中编译求解器；S5：使用平板剪切流计算案例进行数据生成；S6：生成数据图与rheoFoam案例中的数据对比。2.根据权利要求1所述的一种构建openfoam求解器的方法，其特征在于，所述步骤S1通过以下方程描述Rolie
‑
Poly本构模型：其中，A为构象张量，I为单位张量，tr(A)为张量A的迹，λ
D
为聚合物分子链从管中蠕动出来的松弛时间，λ
R
为聚合物链被拉伸后的松弛时间，β是对流约束释放系数。3.根据权利要求2所述的一种构建openfoam求解器的方法，其特征在于，所述步骤S1通过方程计算所述Rolie
‑
Poly本构模型中的粘弹模型的应力，其中，η
p
为聚合物粘度，λ
D
为聚合物分子链从管中蠕动出来的松弛时间，通过公式计算k的取值，其中，χ≤1时，k＝1；χ>1时，其中χ
max
是改黏弹流体的弹性，在平板剪切流计算案例的transportproperties中，即为chiMax参数。4.根据权利要求3所述的一种构建openfoam求解器的方法，其特征在于，所述步骤S1通过所述Rolie
‑
Poly本构模型和N
‑
S方程，计算构象张量A，并将所述Rolie
‑
Poly本构模型封装于Rolie
‑
Poly.H文件中。5.根据权利要求4所述的一种构建openfoam求解器的方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括：在所述createFields.H中添加关于Rolie<...

【专利技术属性】
技术研发人员：洪卓，陈韬，张鑫桂，钟杰，冯炜亮，袁学锋，
申请(专利权)人：广州大学，
类型：发明
国别省市：