開(kāi)源軟件OpenFOAM下投影算法實(shí)現(xiàn).pdf

1、目前在工業(yè)應(yīng)用中主要采用商業(yè)計(jì)算流體力學(xué)軟件來(lái)完成數(shù)值模擬。商業(yè)CFD軟件一般均能推出多種優(yōu)化的物理模型,其應(yīng)用范圍十分廣泛,但是商業(yè)軟件自身的弱點(diǎn)也十分明顯,如商業(yè)CFD軟件需要昂貴的使用費(fèi)及軟件維護(hù)費(fèi)等。另外,使用商業(yè)軟件也就意味著我們沒(méi)有自己的知識(shí)產(chǎn)權(quán),這與我國(guó)發(fā)展自主創(chuàng)新的科技思路不符。而OpenFOAM是由英國(guó)帝國(guó)理工大學(xué)開(kāi)發(fā),采用高效C++編寫(xiě)的面向?qū)ο蟮挠?jì)算流體力學(xué)開(kāi)源代碼程序庫(kù),由此構(gòu)成一系列高效的求解器及輔助工具。Op

2、enFOAM采用類(lèi)似于日常習(xí)慣的方法在軟件中描述偏微分方程,即它和目前大部分的商業(yè)CFD軟件一樣采用有限體積法對(duì)偏微分方程進(jìn)行求解。另外,OpenFOAM的開(kāi)放性、完全面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)和完善的分層框架構(gòu)建,使應(yīng)用者花費(fèi)較少的時(shí)間便可開(kāi)發(fā)自己的數(shù)值模型和求解器,是進(jìn)行CFD技術(shù)研究和新數(shù)值方法開(kāi)發(fā)的良好平臺(tái)。
　　投影算法在最先提出時(shí)只能用于求解流體的非穩(wěn)態(tài)流動(dòng)。由于該算法求解的壓力泊松方程而非壓力修正方程,使其在并行計(jì)算中具有很

3、高的計(jì)算效率。經(jīng)過(guò)各國(guó)研究人員的不懈努力,使投影算法的應(yīng)用范圍及求解精度等已經(jīng)得到全面的擴(kuò)大和提升。近幾年,投影算法在不可壓縮直接數(shù)值模擬及大渦模擬中得到大量的應(yīng)用。隨著高性能計(jì)算機(jī)的發(fā)展,直接數(shù)值模擬及大渦模擬將成為未來(lái)工程應(yīng)用及科研發(fā)展的主要方向,因此,在OpenFOAM平臺(tái)上開(kāi)發(fā)相關(guān)投影算法求解器具有很重要的意義。
　　本文基于OpenFOAM開(kāi)發(fā)平臺(tái)(其本身也是一款計(jì)算流體力學(xué)軟件),將已有的穩(wěn)態(tài)湍流求解器simpleFo

4、am修改為瞬態(tài)層流求解器及可應(yīng)用大渦模型的瞬態(tài)湍流求解器,以及開(kāi)發(fā)與投影算法相關(guān)的一系列瞬態(tài)層流求解器。文中講解了所用的各種投影算法的求解或推導(dǎo)過(guò)程,并在第三章對(duì)所修改及所開(kāi)發(fā)的求解器與OpenFOAM自帶求解器在相應(yīng)求解模型下的求解結(jié)果進(jìn)行比較,以驗(yàn)證它們的可用性、求解精度及求解效率。第四章給出了商業(yè)CFD軟件FLUENT及CFX與開(kāi)源軟件OpenFOAM在層流模型下的對(duì)比,目的在于驗(yàn)證OpenFOAM相對(duì)于商業(yè)CFD軟件所具有的求解

5、精度及求解效率。
　　根據(jù)數(shù)值模擬的結(jié)果可知,本次對(duì)OpenFOAM自帶穩(wěn)態(tài)湍流求解器的修改是成功的,這在一定程度上擴(kuò)大了OpenFOAM的應(yīng)用范圍。另外,對(duì)于在OpenFOAM平臺(tái)上開(kāi)發(fā)的投影算法求解器,它們不但具有良好的求解精度,還具有較好的求解效率,這使得OpenFOAM成為集SIMPLE算法、PISO算法、PIMPLE算法、PROJECTION算法的多種數(shù)值求解方法于一體的開(kāi)源CFD軟件。通過(guò)在OpenFOAM平臺(tái)上修改算