OpenFOAM编程案例｜04 场操作

Open FOAM是Open Source Field Operation and Manipulation的英文缩写，从其名字就可以看出，其是一个用来操纵和处理场数据的开源程序库。CFD中也包含大量的物理场，如压力场、速度场、组分场等，这些物理场有的是标量场，有的是向量场。利用OpenFOAM很容易实现对此类物理场的操作。

本案例演示利用OpenFOAM操作场数据。1 准备文件

本演示案例只需要一个源文件。利用下面的命令创建案例文件结构。

cd  $FOAM_RUNmkdir demo4 && cd demo4mkdir Maketouch demo4.C Make/files Make/optionscp -r $FOAM_TUTORIALS/incompressible/icoFoam/cavity/cavity .

文件结构如下图所示。

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这里的cavity文件夹用于程序测试。

修改files文件与options文件。

files文件的内容

demo4.CEXE = demo4

options文件的内容

EXE_INC = \        -I$(FOAM_SRC)/finiteVolume/lnInclude \        -I$(FOAM_SRC)/meshTools/lnInclude EXE_LIBS = \        -lfiniteVolume \        -lmeshTools

2 源文件

本案例演示从文件中获取场数据，然后再对读取的数据进行操作。

程序代码如下。

#include "fvCFD.H" // 声明一个函数，后面有该函数的具体实现过程// 输入时间t，空间坐标x，参考点x0以及缩放因子scalescalar calculatedPressure(scalar t, vector x, vector x0, scalar scale); int main(int argc, char *argv[]){#include "setRootCase.H"#include "createTime.H"#include "createMesh.H"     Info << "读取transportProperties文件数据" << endl;    // 从transportProperties文件中读取数据    // 先定义一个IOdictionary对象，其构造函数参数为一个IOobject对象    IOdictionary transportProperties(        IOobject(            "transportProperties",           // 字典文件名            runTime.constant(),              // 字典文件所在路径，这里为constant文件夹下            mesh,                            // 一个objectRegistry类对象，这里没什么用            IOobject::MUST_READ_IF_MODIFIED, // 如果文件被修改，则必须重新读取            IOobject::NO_WRITE               //表示文件为只读            ));     // 定义一个dimensionedScalar变量nu    // nu有量纲，其量纲dimViscosity等同于(0,2,-1,0,0,0,0),单位为m2/s    dimensionedScalar nu(        "nu",         //指定名称        dimViscosity, //指定scalar的量纲        // 旧版本或org版本的写法：transportProperties.lookup("nu")        transportProperties // com新版本写法，自动根据名称在字典中搜索    );    Info << "读取到的nu为：" << nu << endl;     //-------------从p文件中读取压力场p--------    // 不需要查找关键字，因为整个文件都是关于压力场的数据    Info << "读取压力场数据" << endl;    // 定义一个标量场p，无需指定量纲，因为其量纲已经在相应的文件中指定了    volScalarField p(        IOobject(            "p",                //指定名称            runTime.timeName(), // 获取当前时间            mesh,            IOobject::MUST_READ,            IOobject::AUTO_WRITE),        mesh);     // -------从U文件中读取速度场---------    Info << "读取速度场数据" << endl;    // 定义一个向量场U    volVectorField U(        IOobject(            "U",            runTime.timeName(),            mesh,            IOobject::MUST_READ,            IOobject::AUTO_WRITE),        mesh);     // 定义一个场向量    const vector originVector(0.05, 0.05, 0.005);     // 计算向量originVector与各网格中心的距离中的最大值    // 利用dimensionedVector将vector转换为具有长度量纲的向量    // mag函数计算向量的模    // value函数将数值转换为无量纲标量值    const scalar rFarCell = max(                                mag(dimensionedVector(                                        "x0",                                        dimLength,                                        originVector) -                                    mesh.C()))                                .value();     // 在案例迭代过程中进行场变量计算    while (runTime.loop())    {        Info << "Time = " << runTime.timeName() << nl << endl;        // 在所有的网格上循环        for (label cellI = 0; cellI < mesh.C().size(); cellI++)        {            // 根据自定义的函数计算压力值            p[cellI] = calculatedPressure(runTime.time().value(), mesh.C()[cellI],                                          originVector, rFarCell);        }         // 计算压力梯度，并转换为速度，由于量纲不一致，所以需要乘以一个时间量纲进行转换        // 注意在不可压缩求解器中，压力的量纲为[0 2 -2 0 0 0 0]，压力梯度量纲[0 1 -2 0 0 0 0]        // 因此压力梯度乘上时间得到速度量纲[0 1 -1 0 0 0 0]        U = fvc::grad(p) * dimensionedScalar("tmp", dimTime, 1.0);         // 将数据写入到文件中，标记为AUTO_WRITE的场数据才可被写入        runTime.write();    }     Info << "计算完成";     return 0;} scalar calculatedPressure(scalar t, vector x, vector x0, scalar scale){    scalar r(mag(x - x0) / scale);    // 分母加1e-12是为了防止除以零    scalar rR(1.0 / (r + 1e-12));    scalar f(1.0);    // 返回一个以x0为中心的正弦分布的压力    return Foam::sin(2.0 * Foam::constant::mathematical::pi * f * t) * rR*100;} 

在demo4路径利用wmake编译程序。

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3 测试程序

程序需要配合OpenFOAM案例运行。本案例已经预先准备了cavity案例，利用下面的命令运行程序：

cd  $FOAM_RUN/demo4/cavityblockMesh../demo4

运行结果如下图所示。

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可以进入ParaView查看数据。

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