OpenFOAM——绕流振动

流体力学（CFD）在工业和学术研究中扮演着至关重要的角色。在CFD领域，OpenFOAM是一个开源标准CFD解决方案，其提供强大且灵活的CFD求解器，可处理各种CFD应用程序包。

绕流振动是CFD中的一个重要问题，这里我们将介绍如何使用OpenFOAM来模拟绕流振动现象。以下是具体的步骤：

步骤 1：网格生成

在OpenFOAM中，需要提供网格作为输入条件。我们可以使用OpenFOAM的网格生成器 blockMesh 来创建三维立方体网格，仿真区域内主要包括一个具有绕流振动特性的圆柱。以下是一个网格生成的示例：

FoamFile
{
    version     2.0;
    format      ascii;
    class       dictionary;
    object      blockMeshDict;
}

convertToMeters 1;

vertices
(
    (-22 -7 -0.2)
    (-22 -7 0.2)
    (-22 7 0.2)
    (-22 7 -0.2)
    (22 -7 -0.2)
    (22 -7 0.2)
    (22 7 0.2)
    (22 7 -0.2)
);

blocks
(
    hex (0 1 2 3 4 5 6 7) (25 13 1) simpleGrading (1 1 1)
);

boundary
(
    ...
);

步骤 2：设置求解器

在OpenFOAM中，我们需要为特定的CFD问题选择合适的求解器。由于绕流振动涉及turbulence，我们需要选择turbulence模型和求解器来求解。这里我们选择 pimpleFoam，turbulence模型为 k-epsilon。以下是一个求解器参数文件的示例：

FoamFile
{
    version     2.0;
    format      ascii;
    class       dictionary;
    object      fvSolution;
}

solvers
{
    p
    {
        solver          GAMG;
        tolerance       1e-5;
        relTol          0.1;
    }

    U
    {
        solver          smoothSolver;
        smoother        GaussSeidel;
        nSweeps         2;
        tolerance       1e-08;
        relTol          0.1;
    }

    "(k|epsilon)"
    {
        solver          smoothSolver;
        smoother        GaussSeidel;
        nSweeps         2;
        tolerance       1e-08;
    }

}

PIMPLE
{
    innerCorrectors 1;
    nOuterCorrectors 1;
    nCorrectors     2;
    nNonOrthogonalCorrectors 0;

    residualControl
    {
        "(p|U|k|epsilon)"     1e-4;
    }

    relaxationFactors
    {
        fields
        {
            p       0.3;
        }

        equations
        {
            U       0.7;
        }
    }
}

步骤 3：运行仿真

使用网格和求解器参数文件，我们可以运行OpenFOAM仿真。您可以使用以下命令启动仿真：

pimpleFoam

或者，您也可以使用以下命令来设置运行时间：

pimpleFoam -time 2000

步骤 4：后处理结果

仿真结束后，我们可以使用OpenFOAM自带的后处理器 paraFoam 来可视化结果，除了可以查看图形化的结果，您还可以导出结果进行进一步的分析。以下是一个后处理结果的示例：

通过这篇文章，您可以熟悉使用OpenFOAM来模拟绕流振动现象的流程。同时，总结一下，对于任何需要使用CFD求解器的问题，您都可以根据您的应用设置适当的参数和输入，然后使用类似的流程来进行仿真和后处理。