OpenFOAM——圆腔顶盖旋转驱流

本算例来自《ANSYS Fluid Dynamics Verification Manual》中的VMFL008: Flow Inside a Rotating Cavity

腔体顶盖以1rad/s旋转，驱动腔内流体流动

这个算例我们采用全三维建模，我们采用Ansys Meshing对模型进行网格划分，然后再导入Fluent当中将四面体网格转换为多面体网格以后，最后利用OpenFOAM的命令将Fluent的.cas转换为OpenFOAM可以接受的多面体网格（注：OpenFOAM的转换命令只能转换Ansys16.2及其以下的.cas，Ansys17以及以上的.cas文件转换会报错），下面介绍生成多面体网格的过程：

首先新建一个文件夹，名字任取，用来作为算例文件夹，本算例中我将该文件夹命名为：rotate_drive

Ansys Meshing的划分结果如下：

我们将Ansys Meshing当中导出的网格导入Fluent当中

然后进入OpenFOAM的安装目录，将安装目录下的pitzDaily算例（我的目录为/opt/openfoam5/tutorials/incompressible/simpleFoam/pitzDaily）下的0文件夹、constant文件夹和system文件夹拷贝到rotate_drive文件夹下，然后删除system目录下的blockMeshDict文件，因为我们利用OpenFOAM的命令转化.cas文件为OpenFOAM能接受的网格文件，删除system目录下的streamlines文件，删除0文件夹下的epsilon，f，k，nut，nuTilda，omega，v2这些文件，因为本算例不会用到这些文件。

    在算例文件夹下打开终端，输入fluent3DmeshToFoam(不能使用fluentMeshToFoam)命令： 

由于本算例的网格在建模阶段采用米作为单位进行网格划分，所以这里不用进行网格的缩放

转换完成后，constant文件夹下会多出一个polyMesh文件夹

我们打开constant文件夹下的transportproperties文件，此处我们将运动黏度设置为0.000556㎡/s

我们接着修改constant文件夹下的turbulenceProperties文件，此处我们将模拟类型设置为层流（laminar）

然后对初始边界条件进行设置，下面转入0文件夹下进行操作：

修改P文件和U文件

P文件当中的内容如下：

U文件当中的内容如下：

接下来我们修改system目录下的相关文件：

controlDict修改为如下：

fvSchemes文件修改如下：

fvSolution文件修改如下：

说明：

residualControl下的各个关键是指定各物理量收敛的残差标准，达到我们指定的残差标准，OpenFOAM即停止计算，可以参看计算完成以后的日志文件以及残差图。

回到算例文件夹下，打开终端，由于我安装了PyFoam来实时输出残差，所以在终端中输入pyFoamPlotRunner.py --clear simpleFoam开始计算：

等待计算结束

将计算结果导入paraview里面进行处理

     由于paraview里面没有预先定义的周向速度（Swirl Velocity）和径向速度（radial velocity），所以需要我们通过自定义变量的方法，来获取算例的轴向速度和径向速度。

直角坐标系下的速度和柱坐标系下的速度存在下面的关系：

 

从而可得：

其中：

  

那么周向速度（swirl
Velocity）在paraview的表达式为：

(U_Y-U_X*(coordsY/coordsX))/((coordsY/sqrt(coordsX*coordsX+coordsY*coordsY))*(coordsY/coordsX)+coordsX/sqrt(coordsX*coordsX+coordsY*coordsY))

然后用Plot
Over Line，提取x=0.6处沿高度方向的轴向速度

用相同的方式，径向速度（radial
velocity）在paraview的表达式为：

(U_Y+U_X*(coordsX/coordsY))/(coordsY/sqrt(coordsX*coordsX+coordsY*coordsY)+(coordsX/sqrt(coordsX*coordsX+coordsY*coordsY))*(coordsX/coordsY))

然后用Plot
Over Line，提取x=0.6处沿高度方向的径向速度

计算结果与实验对比：