開源軟件OpenFOAM下投影算法實現(xiàn).pdf

1、目前在工業(yè)應用中主要采用商業(yè)計算流體力學軟件來完成數(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,其應用范圍十分廣泛,但是商業(yè)軟件自身的弱點也十分明顯,如商業(yè)CFD軟件需要昂貴的使用費及軟件維護費等。另外,使用商業(yè)軟件也就意味著我們沒有自己的知識產(chǎn)權(quán),這與我國發(fā)展自主創(chuàng)新的科技思路不符。而OpenFOAM是由英國帝國理工大學開發(fā),采用高效C++編寫的面向?qū)ο蟮挠嬎懔黧w力學開源代碼程序庫,由此構(gòu)成一系列高效的求解器及輔助工具。Op

2、enFOAM采用類似于日常習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偏微分方程進行求解。另外,OpenFOAM的開放性、完全面向?qū)ο蟮某绦蛟O計和完善的分層框架構(gòu)建,使應用者花費較少的時間便可開發(fā)自己的數(shù)值模型和求解器,是進行CFD技術研究和新數(shù)值方法開發(fā)的良好平臺。
　　投影算法在最先提出時只能用于求解流體的非穩(wěn)態(tài)流動。由于該算法求解的壓力泊松方程而非壓力修正方程,使其在并行計算中具有很

3、高的計算效率。經(jīng)過各國研究人員的不懈努力,使投影算法的應用范圍及求解精度等已經(jīng)得到全面的擴大和提升。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用。隨著高性能計算機的發(fā)展,直接數(shù)值模擬及大渦模擬將成為未來工程應用及科研發(fā)展的主要方向,因此,在OpenFOAM平臺上開發(fā)相關投影算法求解器具有很重要的意義。
　　本文基于OpenFOAM開發(fā)平臺(其本身也是一款計算流體力學軟件),將已有的穩(wěn)態(tài)湍流求解器simpleFo

4、am修改為瞬態(tài)層流求解器及可應用大渦模型的瞬態(tài)湍流求解器,以及開發(fā)與投影算法相關的一系列瞬態(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過程,并在第三章對所修改及所開發(fā)的求解器與OpenFOAM自帶求解器在相應求解模型下的求解結(jié)果進行比較,以驗證它們的可用性、求解精度及求解效率。第四章給出了商業(yè)CFD軟件FLUENT及CFX與開源軟件OpenFOAM在層流模型下的對比,目的在于驗證OpenFOAM相對于商業(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,這在一定程度上擴大了OpenFOAM的應用范圍。另外,對于在OpenFOAM平臺上開發(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源CFD軟件。通過在OpenFOAM平臺上修改算