CFD软件：OpenFOAM二次开发_（1）.OpenFOAM基础介绍.docx

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OpenFOAM基础介绍

1.OpenFOAM概述

OpenFOAM（OpenFieldOperationandManipulation）是一个开源的计算流体力学（CFD）软件套件，广泛应用于航空航天、汽车、能源和环境等领域。OpenFOAM提供了一套强大的工具和库，用于解决流体力学、热传递和化学反应等问题。它采用了有限体积法（FVM）进行数值模拟，支持多种物理模型和求解器。

1.1OpenFOAM的历史和发展

OpenFOAM最初由HenryWeller在1980年代末期开始开发，后来由OpenCFD公司（现为SIEMENSDigitalIndustriesSoftware）进行维护和推广。2004年，OpenFOAM首次作为开源软件发布，采用GPLv3许可证。自那时以来，OpenFOAM社区不断壮大，吸引了来自全球的研究人员和工程师的贡献。

1.2OpenFOAM的主要特点

开源和免费：OpenFOAM是完全开源的，用户可以自由地访问和修改源代码。

灵活性：支持多种物理模型和求解器，可以根据具体问题进行定制。

模块化设计：OpenFOAM采用了模块化的设计，使得代码易于扩展和维护。

高性能计算：支持并行计算，可以在高性能计算集群上运行大规模模拟。

丰富的文档和社区支持：提供了详细的用户文档和开发者文档，拥有活跃的用户社区和论坛。

1.3OpenFOAM的安装和配置

OpenFOAM可以在多种操作系统上安装，包括Linux、Windows和MacOS。以下是在Ubuntu上安装OpenFOAM的步骤：

添加OpenFOAM仓库：

sudosh-cwget-O-/gpg.key|apt-keyadd-

sudoadd-apt-repository/ubuntu

更新包列表：

sudoapt-getupdate

安装OpenFOAM：

sudoapt-getinstallopenfoam2112

配置环境变量：

编辑~/.bashrc文件，添加以下内容：

source/opt/openfoam2112/etc/bashrc

验证安装：

重启终端或运行以下命令：

source~/.bashrc

foamInstallationTest

1.4OpenFOAM的基本文件结构

OpenFOAM的文件结构组织清晰，主要文件和目录包括：

$FOAM_RUN：存储案例文件的目录。

$FOAM_TUTORIALS：包含示例案例和教程的目录。

$FOAM_SOURCES：OpenFOAM源代码的目录。

$FOAM_USER_APP：用户自定义应用的目录。

$FOAM_USER_LIB：用户自定义库的目录。

1.5OpenFOAM的基本概念

网格：用于离散化计算域的几何模型。

场：表示物理量的分布，如速度、压力、温度等。

求解器：用于求解特定物理问题的程序。

工具：用于前处理和后处理的辅助程序。

库：包含基础算法和数据结构的模块化代码库。

1.6OpenFOAM的案例结构

一个典型的OpenFOAM案例目录结构如下：

case

├──0#初始条件文件夹

├──constant#常量文件夹

│├──polyMesh#网格文件

│├──transportProperties#流体属性文件

│└──turbulenceProperties#湍流属性文件

├──system#系统文件夹

│├──controlDict#控制字典文件

│├──fvSchemes#离散方案文件

│├──fvSolution#求解器设置文件

│└──blockMeshDict#网格生成文件

├──Allrun#运行脚本

└──Allclean#清理脚本

2.OpenFOAM的网格生成

网格生成是CFD模拟的关键步骤之一，OpenFOAM提供了多种网格生成工具，其中最常用的是blockMesh。

2.1blockMesh简介

blockMesh是一个结构化网格生成工具，适用于矩形或六面体网格。它通过读取blockMeshDict文件中的定义，生成计算所需的网格。

2.2blockMeshDict文件格式

blockMeshDict文件通常位于system目录下，其基本格式如下：

//blockMeshDict文件

FoamFil