OpenFOAM——90度T型管

本算例来自《ANSYS Fluid Dynamics Verification Manual》中的VMFL010: Laminar Flow in a 90° Tee-Junction.

。

本算例的入口速度分布满足下面的形式：

首先进行建模操作，任何建模软件均可，本算例采用ICEM直接建模，生成网格，然后利用OpenFOAM下转化网格，划分完成的网格如下：

    其实我们也可以在导出网格的时候对网格进行缩放，到了OpenFOAM当中直接转换网格即可

接下来转入OpenFOAM的操作：

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：90Tee

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。

然后我们将刚才我们生成的.msh网格拷贝到90Tee文件夹下。在算例文件夹下打开终端，输入fluentMeshToFoam命令：

这次我们由于要设置入口处是充分发展的速度，我们就只需要修改新算例下0文件夹的p和U文件，constant目录下的transportproperties文件、turbulenceProperties文件和system目录下的controlDict文件，其他如网格转换，设置入口的速度的操作我们通过Python脚本来实现修改。

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0.003333㎡/s

接着修改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：

在0文件夹下我们可以看到U和P两个文件：

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：

说明一下：

INLET

{

}

入口的边界设置为这样的形式，在后面运行Python脚本以后会被修改为正确的边界形式。

我们编写如下的Python脚本：

说明一下：

使用脚本并不是唯一写选择，上面脚本的操作也可以使用诸如Excel等工具实现。我们主要是通过网格的位置信息，然后计算得到该位置的速度分布，然后再把计算得到的速度分布写入边界当中。

首先我们运行postProcess -time 0 -func writeCellCentres命令，就可以在0文件夹下得到4个文件，分别是C，Cx，Cy，Cz。其中C文件包含了单元的x，y，z所有坐标，而Cx只对应x坐标，Cy对应y坐标，Cz对应z坐标。这里我们只需要Cx，我们打开Cx文件，可以找到如下图的字典：

我们可以将字典里面的x坐标信息提取出来，然后在脚本（当然也可以用Excel等其他工具）根据速度分布的公式，计算出各个单元的速度，然后我们再将计算的结果用nonuniform List形式写回到U文件中对应的边界。修改以后的U文件如下：

接着我们设置controlDict文件

fvSchemes文件修改如下：

fvSolution文件修改如下：

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：

等到计算结束

将计算结果导入paraview里面进行处理

流线图

tecplot的处理结果

    我们需要得到出口的体积流量和入口的体积流量之比，这里我们有两种方法进行操作

第一种方法是直接在OpenFOAM当中利用OpenFOAM自带的后处理命令输出入口和出口的体积流量，格式如下：

postProcess -func "flowRatePatch(name=边界名称)"

我们输出收敛后（加上参数-latestTime）入口处的体积流量：

postProcess -latestTime -func "flowRatePatch(name=INLET)"

我们输出收敛后（加上参数-latestTime）顶部出口处的体积流量：

postProcess -latestTime -func "flowRatePatch(name= OUTLET_TWO)"

     在算例文件夹下会多出一个postProcessing文件夹

点击进去以后，里面会有两个我们刚才命令生成的两个边界的流量的文件夹

任选其中一个文件夹（我们以“flowRatePatch(name=INLET)”文件夹为例），打开到底，则存在surfaceFieldValue.dat文件

打开surfaceFieldValue.dat文件

说明一下：这里的正负号只代表方向，不代表大小，负号表示流入计算域。

第二种方法是将计算结果导入ParaView里面，通过对指定面的积分，计算通过该面的体积流量

如果没有出现体积流量的显示，请参考以下步骤

    通过对比以上两种方法得到的体积流量，结果基本一致

流量比为：

而实验值为：0.887

计算值与实验值的比为：