OpenFOAM-圆柱绕流

OpenFOAM是一款开源的CFD软件，可以用于模拟各种流体问题。本文将详细讲解如何使用OpenFOAM模拟圆柱绕流问题，包括网格生成、求解器设置、后处理等。同时，本文还提供了两个示例说明。

网格生成

在模拟圆柱绕流问题之前，我们需要生成一个合适的网格。在本文中，我们将使用blockMesh工具生成一个简单的网格。

首先，我们需要创建一个名为constant/polyMesh的目录，用于存储网格文件。然后，我们创建一个名为blockMeshDict的文件，用于定义网格的几何形状和细节。

以下是一个简单的blockMeshDict文件示例：

/*--------------------------------*- C++ -*----------------------------------*\
| =========                 |                                                 |
| \\      /  F ield         | OpenFOAM: The Open Source CFD Toolbox           |
|  \\    /   O peration    | Version:  2.3.0                                 |
|   \\  /    A nd          | Web:      www.OpenFOAM.org                      |
|    \\/     M anipulation |                                                 |
\*---------------------------------------------------------------------------*/
FoamFile
{
    version     2.0;
    format      ascii;
    class       dictionary;
    object      blockMeshDict;
}
// * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * //

convertToMeters 1;

vertices
(
    (0 0 0)
    (1 0 0)
    (1 1 0)
    (0 1 0)
    (0 0 1)
    (1 0 1)
    (1 1 1)
    (0 1 1)
);

blocks
(
    hex (0 1 2 3 4 5 6 7) (20 20 1) simpleGrading (1 1 1)
);

edges
(
);

boundary
(
    inlet
    {
        type patch;
        faces
        (
            (0 4 7 3)
        );
    }

    outlet
    {
        type patch;
        faces
        (
            (1 2 6 5)
        );
    }

    cylinder
    {
        type wall;
        faces
        (
            (0 1 5 4)
            (2 3 7 6)
            (0 3 2 1)
            (4 5 6 7)
        );
    }
);

mergePatchPairs
(
);

在这个文件中，我们定义了一个包含一个圆柱的六面体网格。我们还定义了三个边界：inlet、outlet和cylinder。inlet和outlet是流体的入口和出口，cylinder是圆柱的表面。

要生成网格，我们可以使用以下命令：

blockMesh

这将生成一个名为constant/polyMesh的目录，其中包含网格文件。

求解器设置

在生成网格之后，我们需要设置求解器以解决圆柱绕流问题。在本文中，我们将使用simpleFoam求解器。

首先，我们需要创建一个名为system的目录，用于存储求解器设置文件。然后，我们创建一个名为controlDict的文件，用于定义求解器的控制参数。

以下是一个简单的controlDict文件示例：

/*--------------------------------*- C++ -*----------------------------------*\
| =========                 |                                                 |
| \\      /  F ield         | OpenFOAM: The Open Source CFD Toolbox           |
|  \\    /   O peration    | Version:  2.3.0                                 |
|   \\  /    A nd          | Web:      www.OpenFOAM.org                      |
|    \\/     M anipulation |                                                 |
\*---------------------------------------------------------------------------*/
FoamFile
{
    version     2.0;
    format      ascii;
    class       dictionary;
    object      controlDict;
}
// * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * //

application     simpleFoam;

startFrom       latestTime;

startTime       0;

stopAt          endTime;

endTime         100;

deltaT          0.001;

writeControl    timeStep;

writeInterval   10;

purgeWrite      0;

writeFormat     ascii;

writePrecision  6;

writeCompression off;

timeFormat      general;

timePrecision   6;

runTimeModifiable true;

在这个文件中，我们定义了求解器的控制参数，包括开始时间、结束时间、时间步长等。

要运行求解器，我们可以使用以下命令：

simpleFoam

这将开始求解器，并在每个时间步长输出结果。

后处理

在求解器运行完成后，我们需要对结果进行后处理。在本文中，我们将使用ParaView进行后处理。

首先，我们需要将结果文件转换为ParaView可以读取的格式。我们可以使用以下命令：

foamToVTK

这将生成一个名为VTK的目录，其中包含结果文件的VTK格式。

然后，我们可以打开ParaView，并将VTK文件导入到ParaView中。在ParaView中，我们可以使用各种工具和过滤器来可视化结果。

以下是两个使用OpenFOAM模拟圆柱绕流问题的示例说明：

1. 计算圆柱绕流的压力分布

在这个示例中，我们使用OpenFOAM计算圆柱绕流的压力分布。我们首先生成一个简单的网格，然后使用simpleFoam求解器计算压力分布。最后，我们使用ParaView可视化结果。

1. 计算圆柱绕流的阻力系数

在这个示例中，我们使用OpenFOAM计算圆柱绕流的阻力系数。我们首先生成一个细致的网格，然后使用pimpleFoam求解器计算阻力系数。最后，我们将结果与实验数据进行比较，以验证模拟的准确性。

以上是OpenFOAM模拟圆柱绕流问题的完整攻略，包括网格生成、求解器设置、后处理等。同时，本文还提供了两个示例说明。