OpenFOAM 中的边界条件(二)【转载】
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本篇在上一篇的基础上来解读 OpenFOAM 中的基础边界条件。基础边界条件一般包括三类,一是Dirichlet 边界,二是 Neumann 边界,三是混合 Dirichlet 和 Neumann 的边界。
1.
fixedValue
这个是 OpenFOAM 中的 Dirichlet 边界条件。
- 构造函数
template<class
Type>
fixedValueFvPatchField<Type>::fixedValueFvPatchField
(
const
fvPatch& p,
const
DimensionedField<Type,
volMesh>& iF,
const
dictionary& dict
)
:
fvPatchField<Type>(p,
iF, dict, true)
{}
熟悉 OpenFOAM 的人都知道, fixedValue 这个边界条件需要用 value 关键字来指定边界的值。value 这个关键字是通过 DimensionedField 类来处理的。 DimensionedField 这个类将读取 value 关键字对应的场的值用来初始化边界上的值。
- Coefficients
template<class
Type>
tmp<Field<Type>
>
fixedValueFvPatchField<Type>::valueInternalCoeffs
(
const
tmp<scalarField>&
)
const
{
return
tmp<Field<Type>
>
(
new
Field<Type>(this->size(),
pTraits<Type>::zero)
);
}
template<class
Type>
tmp<Field<Type>
>
fixedValueFvPatchField<Type>::valueBoundaryCoeffs
(
const
tmp<scalarField>&
)
const
{
return
*this;
}
这里 "*this" 表示类本身,即当前边界上的值。这个值在上面的构造函数中进行了初始化,所以,可以理解为
valueBoundaryCoeffs
函数返回的正是关键字 "value" 所对应的值。
template<class
Type>
tmp<Field<Type>
>
fixedValueFvPatchField<Type>::gradientInternalCoeffs()
const
{
return
-pTraits<Type>::one*this->patch().deltaCoeffs();
}
template<class
Type>
tmp<Field<Type>
>
fixedValueFvPatchField<Type>::gradientBoundaryCoeffs()
const
{
return
this->patch().deltaCoeffs()*(*this);
}
中的边界条件(二)【转载】">
其中 delta为面心与面所属网格中心的距离的倒数。
从上述系数,可以知道,fixedValue 边界条件对边界的值和梯度值的计算为如下:
中的边界条件(二)【转载】">
这与预期是一致的。
2.
zeroGradient
这个是 OpenFOAM 中的一种特殊的 Neumann 边界条件,即边界的梯度为零。
- evaluate
函数
template<class
Type>
void
zeroGradientFvPatchField<Type>::evaluate(const
Pstream::commsTypes)
{
if
(!this->updated())
{
this->updateCoeffs();
}
fvPatchField<Type>::operator==(this->patchInternalField());
fvPatchField<Type>::evaluate();
}
注意,这里的 operator== 与 operator= 的作用是一样的,都是赋值运算,而不是比较。
- coefficients
template<class
Type>
tmp<Field<Type>
>
zeroGradientFvPatchField<Type>::valueInternalCoeffs
(
const
tmp<scalarField>&
)
const
{
return
tmp<Field<Type>
>
(
new
Field<Type>(this->size(),
pTraits<Type>::one)
);
}
template<class
Type>
tmp<Field<Type>
>
zeroGradientFvPatchField<Type>::valueBoundaryCoeffs
(
const
tmp<scalarField>&
)
const
{
return
tmp<Field<Type>
>
(
new
Field<Type>(this->size(),
pTraits<Type>::zero)
);
}
template<class
Type>
tmp<Field<Type>
>
zeroGradientFvPatchField<Type>::gradientInternalCoeffs()
const
{
return
tmp<Field<Type>
>
(
new
Field<Type>(this->size(),
pTraits<Type>::zero)
);
}
template<class
Type>
tmp<Field<Type>
>
zeroGradientFvPatchField<Type>::gradientBoundaryCoeffs()
const
{
return
tmp<Field<Type>
>
(
new
Field<Type>(this->size(),
pTraits<Type>::zero)
);
}
中的边界条件(二)【转载】">
从上述系数,可以知道,fixedValue 边界条件对边界的值和梯度值的计算为如下:
中的边界条件(二)【转载】">
这与预期是一致的。
3. fixedGradient
这个是
OpenFOAM 中的 Neumann 边界条件,可以指定边界上的梯度值。
- 构造函数
template<class
Type>
fixedGradientFvPatchField<Type>::fixedGradientFvPatchField
(
const
fvPatch& p,
const
DimensionedField<Type,
volMesh>& iF,
const
dictionary& dict
)
:
fvPatchField<Type>(p,
iF, dict),
gradient_("gradient", dict,
p.size())
{
evaluate();
}
需要读取关键字 "gradient" 对应的值来初始化变量 gradient_。
- evaluate
函数
template<class
Type>
void
fixedGradientFvPatchField<Type>::evaluate(const
Pstream::commsTypes)
{
if
(!this->updated())
{
this->updateCoeffs();
}
Field<Type>::operator=
(
this->patchInternalField()
+ gradient_/this->patch().deltaCoeffs()
);
fvPatchField<Type>::evaluate();
}
中的边界条件(二)【转载】">
其中 delta 为面心与面所属网格中心的距离的倒数。
- coefficients
template<class
Type>
tmp<Field<Type>
>
fixedGradientFvPatchField<Type>::valueInternalCoeffs
(
const
tmp<scalarField>&
)
const
{
return
tmp<Field<Type>
>(new
Field<Type>(this->size(),
pTraits<Type>::one));
}
template<class
Type>
tmp<Field<Type>
>
fixedGradientFvPatchField<Type>::valueBoundaryCoeffs
(
const
tmp<scalarField>&
)
const
{
return
gradient()/this->patch().deltaCoeffs();
}
template<class
Type>
tmp<Field<Type>
>
fixedGradientFvPatchField<Type>::
gradientInternalCoeffs()
const
{
return
tmp<Field<Type>
>
(
new
Field<Type>(this->size(),
pTraits<Type>::zero)
);
}
template<class
Type>
tmp<Field<Type>
>
fixedGradientFvPatchField<Type>::
中的边界条件(二)【转载】">
4.
mixed
这是 OpenFOAM 中的混合边界条件。
- 构造函数
template<class
Type>
mixedFvPatchField<Type>::mixedFvPatchField
(
const
fvPatch& p,
const
DimensionedField<Type,
volMesh>& iF,
const
dictionary& dict
)
:
fvPatchField<Type>(p,
iF, dict),
refValue_("refValue", dict,
p.size()),
refGrad_("refGradient",
dict, p.size()),
valueFraction_("valueFraction",
dict, p.size())
{
evaluate();
}
需要读取三个参数。
- Evaluate
template<class
Type>
void
mixedFvPatchField<Type>::evaluate(const
Pstream::commsTypes)
{
if
(!this->updated())
{
this->updateCoeffs();
}
Field<Type>::operator=
(
valueFraction_*refValue_
+
(1.0 -
valueFraction_)*
(
this->patchInternalField()
+
refGrad_/this->patch().deltaCoeffs()
)
);
fvPatchField<Type>::evaluate();
}
中的边界条件(二)【转载】">
- Coefficients
template<class
Type>
tmp<Field<Type>
>
mixedFvPatchField<Type>::valueInternalCoeffs
(
const
tmp<scalarField>&
)
const
{
return
Type(pTraits<Type>::one)*(1.0 -
valueFraction_);
}
template<class
Type>
tmp<Field<Type>
>
mixedFvPatchField<Type>::valueBoundaryCoeffs
(
const
tmp<scalarField>&
)
const
{
return
valueFraction_*refValue_
+ (1.0 -
valueFraction_)*refGrad_/this->patch().deltaCoeffs();
}
template<class
Type>
tmp<Field<Type>
>
mixedFvPatchField<Type>::gradientInternalCoeffs()
const
{
return
-Type(pTraits<Type>::one)*valueFraction_*this->patch().deltaCoeffs();
}
template<class
Type>
tmp<Field<Type>
>
mixedFvPatchField<Type>::gradientBoundaryCoeffs()
const
{
return
valueFraction_*this->patch().deltaCoeffs()*refValue_
+ (1.0 -
valueFraction_)*refGrad_;
}
中的边界条件(二)【转载】">
附注:本篇中所有的下标
pp 都表示当前边界(present boundary patch),下标 CC 表示当前边界所属的网格的中心。
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