【一起学OpenFOAM】03 OpenFOAM基本使用流程

OpenFOAM初学者常常对于软件的使用流程感到很迷惑，与其他的具有GUI的CFD软件不同，OpenFOAM的所有操作均为基于文本操作，譬如说里面各种计算模型、计算参数、流程控制参数等，均为通过修改对应的文本文件来进行指定。那么什么时候该用哪些文件，该修改哪些参数，要了这些则需要花费时间去了解OpenFOAM的内部运作机理。

1 CFD的一般流程

如果只是将OpenFOAM当做一款CFD软件的话，则其使用流程与其他的商用CFD软件使用流程一致。通常的CFD使用流程包括以下几个步骤：

• 问题定义与规划
  
  通常利用CFD来求解工程流动问题，并不是一上来就使用软件的，除非你对于所要解决的问题细节非常熟悉。一般情况下，在进行CFD计算之前，需要对所涉及的物理问题进行仔细的分析，比如说计算中涉及到哪些物理模型，流动是层流还是湍流，要计算哪些物理量，采用什么样的计算域，计算域能否简化等等。

• 计算区域几何构建
  
  在对问题进行了仔细分析的基础上，可以开始考虑构建计算区域了。在构建计算区域的过程中，需要考虑的是：计算区域可否利用对称性或周期性条件？是否可以利用2D模型？一些细小的特征是否可以简化掉？计算域中是否包含有运动区域？等等。
  
  在模型规划完毕后，即可着手模型的创建。创建几何模型的工具很多，有的是采用外部CAD软件，也有一些CAE前处理软件具备一定的几何创建功能。但不管采用何种方式进行几何的创建，最终是要将这些几何模型划分为计算网格。因此在创建几何模型时，也要顾及一下后面使用的网格划分软件了，虽然说目前主流的高端的网格生成软件能够支持非常多的几何格式，但是也不排除有悲剧的事情发生对不，万一你创建的几何模型人家就是不支持呢？

• 计算网格划分
  
  网格划分一直都是CFD计算过程中比较热门的话题，人们也常常习惯于将计算过程中发生的种种问题都归结到网格身上，虽然很多时候往往是人的问题。但是网格在计算过程中的作用的确非常重要，其影响计算精度和收敛性。在CFD应用过程中，可以利用专业的网格生成工具创建网格。

• 计算模型选择及参数设置
  
  选择什么样的计算模型，一般在问题规划过程中已经确定好了，但是模型选择之后还需要设置与模型相关的参数，不同的物理模型涉及到的参数也不同，因此这方面如果想要做好的话，则需要去理解物理模型背后的数学物理原理。

• 物性参数设置
  
  需要指定哪些物性参数，有时候也是和物理模型相关的。通常单纯的流动问题，只需要指定流体的粘度和密度即可；若涉及到传热，则需要额外指定比热及热膨胀系数。因此

• 边界条件及初始条件指定
  
  很重要的内容，通常情况下直接决定了计算结果的正确与否，而且很多时候还会影响到计算收敛性和稳定性。需要按照实际情况进行设置。

• 离散算法指定
  
  决定了计算的精度和收敛快慢。

• 计算控制参数指定
  
  如残差标准、迭代次数、时间步长等等参数的指定。

当上述步骤都做完了之后，就可以启动求解器进行迭代计算了。计算完毕后进行后处理。OpenFOAM如果作为一款CFD软件来使用的话，同样也是按照以上的工作流程来进行。

2 最简单的OpenFOAM案例

以OpenFOAM提供的测试案例来描述OpenFOAM工程文件的组织形式，此案例是OpenFOAM提供的。

• 启动终端terminal
• 执行命令从OpenFOAM实例文件中拷贝cavity文件夹到当前路径下

cd $FOAM_RUN
cp -r $FOAM_TUTORIALS/incompressible/icoFoam/cavity/cavity .

• 执行命令生成计算网格

blockMesh

• 执行命令进行计算

icoFoam

• 进行后处理

paraFoam

自动启动ParaView软件进行后处理。

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