OpenFOAM從入門到精通

基于多年的使用與開發(fā)經(jīng)驗，從簡單算例出發(fā)，便于熟悉OpenFOAM的使用流程。

闡述OpenFOAM的網(wǎng)格劃分、數(shù)值算法、邊界條件、湍流模型等，知識全面。

輔以編程實例，介紹OpenFOAM中的常見問題與使用技巧，從而全方位提升掌握程度。

得益于計算機(jī)技術(shù)突飛猛進(jìn)的發(fā)展，CFD的應(yīng)用已深入各領(lǐng)域，國內(nèi)外不少企業(yè)與高校均開展了相關(guān)研究。以ANSYS CFX、Fluent以及Star CCM+等為首的一批商用CFD軟件被廣泛使用，其優(yōu)勢在于功能模塊的高度集成化以及新手入門的低難度化，友好的GUI也使此類軟件易于掌握。

然而，出于保密的考慮，開發(fā)商無法將商業(yè)軟件的所有代碼公開，以至于用戶僅能針對其中的部分功能進(jìn)行自主開發(fā)、編譯，二次開發(fā)功能大打折扣，常常無法滿足CFD研究與開發(fā)人員的需求。因此，開源的CFD程序成為科研院所及相關(guān)企業(yè)的首選。OpenFOAM作為一款優(yōu)秀的開源CFD程序，由于其豐富的功能、良好的程序接口以及快速的版本更新，在全球范圍內(nèi)吸引了越來越多的用戶，而基于OpenFOAM的研究與應(yīng)用也日益增多。

OpenFOAM基于C++編寫，面向?qū)ο蟮奶攸c(diǎn)使其代碼編寫更為方便快捷。但由于其功能繁多，且目前關(guān)于該軟件的資料極少，新手用戶往往難以在浩如煙海的代碼中獲取有效的信息，從而導(dǎo)致學(xué)習(xí)使用過程困難重重。此外，OpenFOAM的可調(diào)參數(shù)極多，若無相關(guān)經(jīng)驗，往往容易導(dǎo)致計算溢出或程序編譯失敗，更增加了學(xué)習(xí)的困難程度。

為此，作者基于多年的使用與開發(fā)經(jīng)驗，從簡單算例出發(fā)，使讀者熟悉OpenFOAM的使用流程，再進(jìn)一步闡述OpenFOAM的網(wǎng)格劃分、數(shù)值算法、邊界條件、湍流模型等，同時輔以編程實例，使用戶在掌握相關(guān)原理的基礎(chǔ)上，了解二次開發(fā)方法，推進(jìn)相關(guān)研究進(jìn)程，最后介紹OpenFOAM中的常見問題與使用技巧，從而全方位提升讀者的掌握程度。

本書分為7章：第1章介紹軟件的安裝及基本功能；第2章通過兩個算例（攪拌器、子彈空化）介紹OpenFOAM的使用流程，包括前處理、計算與后處理；第3章介紹張量運(yùn)算、離散的原理及相關(guān)數(shù)值格式與解法的使用方式，并實例介紹利用blockMesh進(jìn)行網(wǎng)格劃分的要點(diǎn)以及如何導(dǎo)入網(wǎng)格；第4章介紹邊界與邊界條件的類型，邊界條件的程序解讀以及各壁面函數(shù)的數(shù)學(xué)原理、使用方式，并實例分析如何自定義邊界條件與壁面函數(shù)；第5章在分析湍流模型結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，基于源代碼分析湍流模型（RANS與LES）的實現(xiàn)方式，并通過實例講解如何自定義RANS與LES模型；第6章基于simpleFoam與Lambda2的程序，解讀OpenFOAM中求解器與工具的實現(xiàn)方式，通過實例講解如何自定義求解器與工具；第7章介紹查詢代碼的常用技巧，分析編程中常見的問題及解決方法，以及如何利用Tecplot進(jìn)行后處理。

在本書的編寫過程中，我們得到了國家自然科學(xué)基金（51909231、51806187）、揚(yáng)州大學(xué)學(xué)科（流體動力與能源高效轉(zhuǎn)化利用）建設(shè)經(jīng)費(fèi)、揚(yáng)州大學(xué)科技創(chuàng)新培育基金以及中國水利水電出版社的支持，也得到了同事與朋友的幫助，在此對這些寶貴支持和幫助表示衷心的感謝。

本書得以出版，離不開父母的支持與默默奉獻(xiàn)，在此致以最誠摯的感謝。

限于作者的能力和水平，書中錯誤和缺點(diǎn)在所難免，懇請讀者批評指正。

作 者

2020年9月

第1章 OpenFOAM安裝及簡要介紹 1
1.1 基于“.deb”文件的安裝 2
1.2 基于源文件的安裝 2
1.3 OpenFOAM簡介 7
第2章 初步認(rèn)識OpenFOAM 9
2.1 攪拌器內(nèi)流場模擬 11
2.1.1 算例描述及前處理 11
2.1.2 后處理 26
2.2 子彈周圍空化流場模擬 31
2.2.1 算例描述及前處理 31
2.2.2 后處理 43
第3章 OpenFOAM運(yùn)算、離散及網(wǎng)格劃分 50
3.1 OpenFOAM中的張量運(yùn)算 50
3.1.1 常用張量與運(yùn)算 52
3.1.2 速度梯度張量的問題 54
3.2 OpenFOAM中的離散 55
3.2.1 計算域的離散 55
3.2.2 方程的空間離散 60
3.2.3 方程的時間離散 77
3.2.4 離散方程的求解 83
3.2.5 離散方程組的分離式解法 100
3.3 OpenFOAM中的網(wǎng)格劃分 105
3.3.1 blockMesh 105
3.3.2 外部網(wǎng)格導(dǎo)入 115
第4章 OpenFOAM邊界條件及程序解讀 118
4.1 OpenFOAM中的邊界及邊界條件 118
4.1.1 邊界類型 118
4.1.2 OpenFOAM中的set及其創(chuàng)建方式 119
4.1.3 創(chuàng)建cyclic及cyclicAMI邊界 132
4.1.4 邊界條件類型 140
4.2 邊界條件程序解讀 145
4.2.1 fixedValue邊界條件程序解讀 145
4.2.2 自定義邊界條件實例—創(chuàng)建符合拋物線分布的速度邊界 153
4.3 OpenFOAM中的壁面函數(shù) 162
4.3.1 壁面函數(shù)理論 162
4.3.2 nutWallFunction程序解讀 164
4.3.3 νt壁面函數(shù) 169
4.3.4 k壁面函數(shù) 175
4.3.5 ε壁面函數(shù) 176
4.3.6 ω壁面函數(shù) 178
4.3.7 自定義壁面函數(shù)類型實例—三層壁面函數(shù) 178
第5章 OpenFOAM湍流模型 184
5.1 RANS模型 184
5.1.1 turbulenceModel 186
5.1.2 RASModel 192
5.1.3 標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型程序解析 199
5.1.4 自定義RANS模型—標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型的Kato-Launder修正 210
5.2 LES模型 214
5.2.1 LESModel 215
5.2.2 濾波方式 222
5.2.3 濾波尺度 226
5.2.4 Smagorinsky模型程序解析 229
5.2.5 自定義LES模型—動態(tài)
Smagorinsky模型 235
第6章 OpenFOAM中的application 241
6.1 求解器 241
6.1.1 適于不可壓流動的simpleFoam程序解讀 241
6.1.2 創(chuàng)建旋轉(zhuǎn)槽道流求解器 248
6.2 工具 251
6.2.1 Lambda2程序解讀 252
6.2.2 自定義后處理工具—計算亞格子湍動能生成率 254
第7章 其他 257
7.1 代碼中函數(shù)的調(diào)用問題 257
7.1.1 官方網(wǎng)站的C++ source guide 257
7.1.2 安裝本地C++ source guide 261
7.2 編譯及運(yùn)行常見問題 262
7.2.1 sigFpe 263
7.2.2 初始化順序問題 263
7.2.3 類型與實際不一致的問題 264
7.2.4 找不到頭文件的問題 265
7.3 使用Tecplot進(jìn)行后處理 267
7.3.1 foamToTecplot360工具的安裝 268
7.3.2 foamToTecplot360使用實例 268
參考文獻(xiàn) 272
符號表 276
英文字母變量 276
希臘字母變量 279
下標(biāo) 281
上標(biāo) 281
縮略詞表 282

1. 零基礎(chǔ)玩轉(zhuǎn)國產(chǎn)大模型DeepSeek [徐永冰 張帥 編著]
2. 網(wǎng)絡(luò)工程師5天修煉（適配第6版考綱） [主編　朱小平 施游]
3. 信息系統(tǒng)項目管理師考試32小時通關(guān)（適用第4版考綱） [薛大龍]
4. 信息系統(tǒng)管理工程師考試32小時通關(guān)（適配第2版考綱） [薛大龍　劉偉]
5. 土木工程材料檢測實訓(xùn) [洪曉江 達(dá)則曉麗 錢波]
6. 科技信息檢索與論文寫作實用教程 [李振華]
7. 傳統(tǒng)山水畫論解讀與實踐 [陳鈉 著]
8. Python數(shù)據(jù)庫編程 [主編 殷樹友 邢 翀]
9. 計算機(jī)基礎(chǔ)實訓(xùn)指導(dǎo) [主編 袁春萍 朱妮]
10. 嵌入式人工智能技術(shù)應(yīng)用（數(shù)字教材） [主編 胡娜 楊國勇 晏廷榮]
11. Vienna整流器技術(shù) [桂存兵 著]
12. 變頻器與伺服應(yīng)用 [陳剛 葉云飛]
13. 物聯(lián)網(wǎng)工程設(shè)計與實踐 [湯琳 李敏]
14. 爐邊夜話——深入淺出話AI [汪建　著]
15. 電商運(yùn)營與管理 [鐘肖英 陳瀟]
16. Java面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計 [主編 姜春磊 陳虹潔]
17. 信息技術(shù)基礎(chǔ)（Windows 10+WPS Office）（微課版） [主編　石利平　田輝平　謝盛嘉]
18. 人工智能應(yīng)用 [主編　陳　萍　劉培培　陳孟軍]
19. 大學(xué)生職業(yè)發(fā)展與就業(yè)指導(dǎo) [主編　劉志堅]
20. 高級辦公應(yīng)用項目教程 [主編 屈晶 趙成麗]
21. 微信小程序開發(fā)項目實戰(zhàn)（微課版） [主編 黃龍泉 郭峰 朱倩]
22. 企業(yè)檔案工作實戰(zhàn)寶典百問百答 [華俊 盧秀英 邵甜甜 著]
23. 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)原理及應(yīng)用 [主編 唐繼勇 葉坤 孫夢娜]
24. 大學(xué)生創(chuàng)業(yè)基礎(chǔ) [主編 王麗莉 王 楊]
25. 船舶輔機(jī) [主編 王連海 于洋 姜淑翠]
26. 大學(xué)生就業(yè)指導(dǎo) [主編 王麗莉 董宴廷]
27. 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計師章節(jié)習(xí)題與考點(diǎn)特訓(xùn) [主編 薛大龍 鄒月平]
28. 高校學(xué)生工作探索與實踐 [郭亮 著]
29. 大學(xué)生情商管理 [方雄 著]
30. 2023年長沙市會展業(yè)發(fā)展報告 [主編 周棟良]