стрижак / OpenFOAM-18.02.2014
.pdfПакет OpenFOAM
Сергей Стрижак МГТУ им. Н.Э. Баумана
18.02.2014
Основные модули
ОpenFOAM — свободно распространяемое программное обеспечение для проведения численных расчетов.
OpenFOAM — объектно-ориентированная платформа, реализованная на языке программирования С++.
ОpenFOAM – перспективное и динамично развивающиеся открытое программное обеспечение для моделирования задач механики сплошных сред. В его разработке и развитии принимают участие
десятки организаций и сотни разработчиков по всему миру.
OpenFOAM – обладает большой функциональностью и удовлетворяет всем основным требованиями, предъявляемым к современному программному обеспечению для расчета задач аэрогазодинамики
Salome – CAD/CAE платформа.
Препроцессор.
Paraview – Постпроцессор. Обработка результатов.
Open Foam (Field Operation and Manipulation)
Открытое «ядро» и доступность кода
•Установка только на LINUX (RHEL,SUSE,OpenSuse,Dеbian,Ubuntu, CentOS и др.)
•Использование объектно-ориентированного программирования на C++;
•Основные исследуемые объекты: расчетная область, алгебраические
преобразования в тензорной и линейной алгебра, решатели, вычисления
(дискретизация, дифференцирование, интегрирование, интерполяция);
•Базовая единица: класс. Класс включает в себя данные и функции;
•Классы позволяют вводить пользовательские типы: векторы, поля, матрицы, сетки, модели турбулентности;
•Выделение классов и функций: виртуальные функции (задание граничных условий);
•Общее программирование: шаблоны (заголовки);
•Представление уравнений МСС с помощью естественного языка программирования;
•Разбиение на небольшие самостоятельные единицы;
•Проверка по отдельности различных модулей кода.
OpenFoam. История.
Разработан в Imperial College of Science. London. UK. 1991-2003
Предшественник текущей системы – FOAM - продавался в UK компанией Nabla Ltd
Разработчиком указанного пакета являются ученики профессора Imperial College, London А. Госмен: H. Weller и H. Jasak
Литература:
-Госмен А.М. и др. Численные методы исследования течений вязкой жидкости.
М.: Мир., 1972, 323 с.
-Weller, H.G.; Tabor G.; Jasak, H. and Fureby, C.: A Tensorial Approach to CFD using Object Orientated Techniques, Computers in Physics, 1998 v. 12 n. 6, pp 620 – 631
-Ferziger J.H., Peric M., Computational Methods for Fluid Dynamics. Springer-Verlag,
Berlin et al.: Springer, 2002. – 423p
Открытие кода Open Foam в 2004 г. на условиях GPL
Дальнейшая разработка компанией OpenCFD, UK http://www.opencfd.co.uk/openfoam/
Конференции пользователей:
1 |
конференция - Загреб 2006 |
2 |
конференция - Загреб 2007 |
3 |
конференция - Милан 2008 |
4 |
конференция – Монреаль 2009 |
www.openfoam.org |
|
|
|
Летняя школа для аспирантов в Загребе 2008,2009
Open Source Conferences при участии OpenCFD, Ltd - 2007,2008, 2009
Основные возможности
OpenFoam
*Задачи МСС и сопряженные задачи (жидкость – тело);
*MKO на базе многогранных ячеек c поддержкой подвижных сеток;
*SIMPLE/PISO/PIMPLE алгоритмы для связи уравнений скорости и давления;
*Несжимаемые/сжимаемые и стационарные/нестационарные потоки ;
*Однофазные, двухфазные и многофазные потоки;
*Лагранжева модель для расчета движения частиц;
*URANS/LES/DNS моделирование;
*Модели турбулентности: k-e, k-w, k-w SST, SA, LRR RSTM и другие;
*Модели конвекции, теплообмена, горения и распыления жидкости;
*Различные термо-физические свойства среды (жидкости и газы);
*Неньютоновские жидкости;
*Многоблочная сетка и декомпозиция расчетной области;
*Параллельная версия и поддержка версий MPI;
*Поддержка многогранных ячеек для структурированной/неструктурированной сетки;
*Импорт сеток из различных пакетов.
Иерархия средств в OpenFOAM
Одно из преимуществ OpenFOAM — гибкая ориентация на пользователя:
Продвинутому пользователю и разработчику — средства решения задач механики сплошных сред в виде классов C++.
Инженеру — набор небольших программ (решателей и утилит), предназначенных для решения задач узкого круга (и соответственно, ограниченным набором исходных данных)
OPEN FOAM
Метод конечных объёмов
Утилиты |
Решатели |
|
(модели МСС) |
||
|
Иерархия решателей в OpenFOAM
DNS
Прямое численное моделирование
compressible
Сжимаемые задачи (в т.ч. с M=1
и M>1)
financial
Экономические
lagrangian
Течение жидкости с учетом движения отдельных частиц
$FOAM_APP/solvers
basic
Простейшие уравнения
discreteMethods
Дискретные методы
heatTransfer
Тепло- и массообмен
combustion
Задачи с горением
electromagnetics
Гидроэлектромагнетизм
incompressible
Несжимаемые течения
multiphase |
stressAnalysis |
Многофазные течения |
Анализ прочности |
Решатель — численная модель интегрирования дифференциальных уравнений в частных производных, основанная на методе конечного объема
Основные классы решаемых задач в OpenFOAM
Класс задачи |
Описание |
|
|
DNS |
Прямое численное моделирование течения несжимаемой жидкости (dnsFoam) |
|
|
basic |
Простейшие задачи (потенциальное течение, транспорт скаляра) |
|
|
combustion |
Задачи с горением и химическими реакциями (например, сжиганием топлива в |
|
двигателе) |
|
|
compressible |
Турбулентное течение сжимаемых сред (дозвуковые, транзвуковые и сверхзвуковые) |
|
|
discreteMethods |
Задачи с использованием дискретных методов (например Монте-Карло) для |
|
исследования течения жидкостей |
|
|
electromagnetics |
Задачи магнитогидродинамики |
|
|
financial |
Экономические задачи (например, уравнение Блэка-Шоулза) |
|
|
heatTransfer |
Турбулентное течение жидкости с теплообменом и учетом плавучести |
|
|
incompressible |
Турбулентное течение несжимаемой жидкости |
|
|
lagrangian |
Течение жидкостей с примесями, представленных частицами Лагранжа |
|
|
multiphase |
Движение многофазных частиц, в том числе с фазовыми превращениями |
|
|
stressAnalysis |
Задачи анализа прочности с использованием метода конечного объёма |
|
|
OpenFoam в университетах
•Chalmers University, Швеция (расчет течения в двигателях внутреннего сгорания, течения в турбинах, обучение);
•Politechnico de Milano, Италия (расчет течения в двигателях внутреннего сгорания, аэродинамика крыла и самолета - AeroFoam);
•Universitat Rostock, Германия (закрученные потоки в камерах сгорания ГТД, обтекание лунок, LES);
•Delft University of Technology (аэродинамика микрокрыла);
•Imperial College of Science, London (трибология);
•University of A Coruna, Integrated Group for Engineering Research (аэродинамика парусника);
•University College Dublin, School of Electrical, Electronic and Mechanical Engineering (биоинженерия, биомеханика, медицина);
•FSB University Zagreb (разработка OpenFoam, обучение);
•TU Munchen, Германия (газодинамика сопла)
•Department of Mechanical Engineering, University of Strathclyde, Glasgow, Scotland, UK. (Nanoand Micro-System Fluid Dynamics
•Pennsylvania State University, MIT, США (гидродинамика судна, LES)
•Aalborg University Esbjerg (расчет теплообменных аппаратов)