openfoam用户指南（【OpenFOAM】-olaFlow-算例1- baseWaveFlume）

算例路径：

olaFlow\tutorials\baseWaveFlume

算例描述：

一个基础的二维波浪水槽

学习目标：

olaFlow 求解器的造波           、消波方法和算例设置

算例快照：

图1 波浪模拟结果

图2 算例网格

文件结构：

├── 0.org │ ├── U │ ├── alpha.water │ ├── alpha.water.org │ └── p_rgh ├── cleanCase ├── constant │ ├── dynamicMeshDict │ ├── g │ ├── transportProperties │ ├── turbulenceProperties │ └── waveDict --> 设置波浪要素 ├── runCase └── system ├── blockMeshDict ├── controlDict ├── decomposeParDict ├── fvSchemes ├── fvSolution └── setFieldsDict --> 设置水深

算例文件解析：

【0.org\U】

dimensions [0 1 -1 0 0 0 0]; // 量纲 m/s internalField uniform (0 0 0); // 内部速度场 均一场 0 0 0 boundaryField //边界场 { inlet // 造波边界 { type waveVelocity; // 波浪速度 waveDictName waveDict; // 读取constant\waveDict中的波浪要素 value uniform (0 0 0); //初值为 0 0 0 } outlet // 消波边界 { type waveAbsorption2DVelocity; // 使用了二维消波理论           ，olaFlow采用主动消波法 value uniform (0 0 0); } bottom // 底部边界为固壁边界
  
 
  
 
  
 
  
 
  
 
  ，边界上速度为零 { type fixedValue; value uniform (0 0 0); } atmosphere // 大气边界










，允许空气流出和流入 { type pressureInletOutletVelocity; value uniform (0 0 0); } frontAndBack // 前后面 
  
  
  
  
  
，empty指示模型为二维模型 { type empty; } }

【0.org\p_rgh】

// p_rgh = p - rgh
  
  
  
  
  
 ，实际压力减去静水压力 dimensions [1 -1 -2 0 0 0 0]; // M(1) L(-1) T(-2) internalField uniform 0; boundaryField { frontAndBack { type empty; } outlet { type fixedFluxPressure; //将压力梯度设置为0
 


 


 


 


 


 ，边界上的通量由速度边界条件指定 value uniform 0; } inlet { type fixedFluxPressure; value uniform 0; } bottom { type fixedFluxPressure; value uniform 0; } atmosphere { type totalPressure; //总压条件:流出 p = p0; 流入 p = p0 - 0.5|U|^2 U U; phi phi; rho rho; psi none; gamma 1; p0 uniform 0; value uniform 0; } }

【0.org\alpha.water.org】

// 设置流体体积分数 dimensions [0 0 0 0 0 0 0]; internalField uniform 0; boundaryField { inlet { type waveAlpha; // 根据波浪条件设置 waveDictName waveDict; value uniform 0; } frontAndBack { type empty; } outlet { type zeroGradient; // 零梯度 } bottom { type zeroGradient; } atmosphere { type inletOutlet; // 当流体流出时 
 
 
 
 
 
，α的梯度为0；如果流入
   
   
   
   
   
 ，α为0
 

 

 

 

 

 ，100%的空气流入 inletValue uniform 0; value uniform 0; } }

【constant\dynamicMeshDict】

dynamicFvMesh staticFvMesh;

【constant\g】

dimensions [0 1 -2 0 0 0 0]; value ( 0 0 -9.81 );

【constant\transportProperties】

phases (water air); water { transportModel Newtonian; nu [0 2 -1 0 0 0 0] 1e-06; // 流体运动粘度 rho [1 -3 0 0 0 0 0] 1000; // 流体密度 } air { transportModel Newtonian; nu [0 2 -1 0 0 0 0] 1.48e-05; rho [1 -3 0 0 0 0 0] 1; } sigma [1 0 -2 0 0 0 0] 0.07; // 水和空气之间的表面张力参数

【constant\turbulenceProperties】

simulationType laminar; // 设置为层流模型

【constant\waveDict】

waveType regular; // 规则波 waveTheory cnoidal; // 椭圆余弦波 genAbs 1; // 考虑造波边界的消波性能 1/0 absDir 0.0; // 造波边界的消波方向 nPaddles 1; // 主动消波的Paddles数量设置 waveHeight 0.10; // 波高 wavePeriod 3; // 波周期 waveDir 0.0; // 波向 wavePhase 1.57079633; // 初始相位 // Change both entries to true to re-read this dictionary upon restart. rereadAlpha false; rereadU false;

【system\blockMeshDict】

scale 1; vertices ( (0.0 -0.02 0.0) (10.0 -0.02 0.0) (10.0 -0.02 0.7) (0.0 -0.02 0.7) (0.0 0.0 0.0) (10.0 0.0 0.0) (10.0 0.0 0.7) (0.0 0.0 0.7) ); blocks ( hex (0 1 5 4 3 2 6 7) (500 1 70) simpleGrading (1 1 1) ); edges ( ); patches ( patch inlet // 造波边界 ( (0 4 7 3) ) patch outlet // 消波边界 ( (1 5 6 2) ) wall bottom // 水槽底部边界 ( (0 1 5 4) ) patch atmosphere // 大气边界 ( (3 2 6 7) ) empty frontAndBack // 水槽侧面边界 ( (0 1 2 3) (4 5 6 7) ) ); mergePatchPairs ( );

【system\controlDict】

application olaFlow; // olaFlow求解器 startFrom latestTime; startTime 0; stopAt endTime; endTime 60; deltaT 0.001; // 计算时间步 writeControl adjustableRunTime; writeInterval 0.05; // 写出时间步 purgeWrite 0; writeFormat ascii; writePrecision 6; compression off; // 是否压缩格式写出 

 

 

 

 

 
，可节约硬盘空间, on/off timeFormat general; timePrecision 6; runTimeModifiable yes; adjustTimeStep yes; // 采用自适应时间步           ，可能会加速计算

 
 

 
 

 
 

 
 

 
 

 ，也可能造成时间步极小 maxCo 0.5; // CFL条件的Courant数, 一般<1, 设置一个小值会使计算结果更精确










，但也减小了时间步长                 ，增加了计算成本 maxAlphaCo 0.5; // 两相交界面上的最大Courant数 maxDeltaT 0.025;

【system\decomposeParDict】

numberOfSubdomains 2; // 并行区域分解数目 method scotch; // 区域分解方法 ...

【system\fvSchemes】

// 指定控制方程中各项的有限体积法的离散格式 ddtSchemes // 指定时间离散格式 { default Euler; // Euler法
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 ，一阶精度
















，条件稳定 } gradSchemes // 梯度项离散格式 { default Gauss linear; // 高斯定理           ，将网格中心的量插值到网格面上 } // olaFlow 的算例中给出了几乎所有可能出现的项
  
 
  
 
  
 
  
 
  
 
  ，具体算例可能不会包含全部项 divSchemes // 对流项与散度项的离散格式










， 将网格中心的量插值到网格面上 
  
  
  
  
  
，因此实际上选用的是interpolationSchemes { div(rhoPhi,U) Gauss limitedLinearV 1; // Guass limitedLinear(一种TVD格式
  
  
  
  
  
 ，使同时满足精度和有界) V类(采用限制器时考虑了流动方向) div(U) Gauss linear; // 二阶精度
 


 


 


 


 


 ，无界 div((rhoPhi|interpolate(porosity)),U) Gauss limitedLinearV 1; div(rhoPhiPor,UPor) Gauss limitedLinearV 1; div(rhoPhi,UPor) Gauss limitedLinearV 1; div(rhoPhiPor,U) Gauss limitedLinearV 1; div(phi,alpha) Gauss vanLeer; // Gauss vanLeer(一种TVD格式 
 
 
 
 
 
，使同时满足精度和有界) div(phirb,alpha) Gauss interfaceCompression; // 界面压缩格式
   
   
   
   
   
 ，基于一般限制格式 div((muEff*dev(T(grad(U))))) Gauss linear; div(phi,k) Gauss upwind; // 一阶迎风格式
 

 

 

 

 

 ，有界 div(phi,epsilon) Gauss upwind; div((phi|interpolate(porosity)),k) Gauss upwind; div((phi|interpolate(porosity)),epsilon) Gauss upwind; div(phi,omega) Gauss upwind; div((phi|interpolate(porosity)),omega) Gauss upwind; } laplacianSchemes // 拉普拉斯项离散格式 { default Gauss linear corrected; // Guass线性插值 

 

 

 

 

 
，corrected(显式的非正交网格修正) } interpolationSchemes { default linear; // 线性插值格式 } snGradSchemes // 面法向梯度格式 { default corrected; } fluxRequired // { default no; p_rgh; pcorr; alpha.water; }

【system\fvSolution】

// 指定方程组矩阵求解器
  
 
  
 
  
 
  
 
  
 
  、残差以及其他算法控制 solvers { "alpha.water.*" { nAlphaCorr 1; // nAlphaSubCycles 2; alphaOuterCorrectors yes; cAlpha 1; MULESCorr no; nLimiterIter 3; solver smoothSolver; // 求解器：光顺求解器           。对称和非对称矩阵均适用 smoother symGaussSeidel; // 光顺器：对称Gauss-Seidel方法 tolerance 1e-8; // 标准化残差 relTol 0; // 相对残差           ，表征残差的递减量 } "pcorr.*" // 压强校正量 { solver PCG; // 求解器：预处理共轭梯度法
  
 
  
 
  
 
  
 
  
 
  。仅适用于对称矩阵 preconditioner DIC; // 预处理器：基于对角的不完全Cholesky预处理器 tolerance 1e-5; relTol 0; } p_rgh { solver PCG; preconditioner DIC; tolerance 1e-07; relTol 0.05; } p_rghFinal // 在求解p_rgh时可设置较大的残差

 
 

 
 

 
 

 
 

 
 

 ，在最后一步设置严格的误差 { $p_rgh; relTol 0; } U { solver smoothSolver; smoother symGaussSeidel; tolerance 1e-06; relTol 0; } } // 离散方程组的分离式解法 PIMPLE // SIMPLE 与 PISO 算法的耦合 { momentumPredictor no; nOuterCorrectors 1; // 值不大于1时










，算法变为纯PISO算法；若大于1                 ，为非定常SIMPLE算法 nCorrectors 3; nNonOrthogonalCorrectors 0; } relaxationFactors // 松弛方法
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 ，为降低数值波动 { fields // 表示需要使用松弛方法(显式)的变量 { } equations // 表示需要使用松弛方法(隐式)的方程 { ".*" 1; } }

【system\setFieldsDict】

defaultFieldValues ( volScalarFieldValue alpha.water 0 // 初始化流体体积分数 ); regions ( boxToCell { box (-10 -1 -1) (30 1 0.4); fieldValues ( volScalarFieldValue alpha.water 1 // 将box范围内的流体设置为a = 1的相
















，即水深 ); } );