OpenFOAM

摘要： 当船舱内部分别载有水和冰时,每个水质点具有不同的加速度,而所有冰质点具有相同的加速度,这将导致相同质量水舱和冰舱具有完全不同的运动特性。基于开源软件OpenFOAM模拟二维液舱和冰舱在波浪中的运动过程,通过将载水舱与含有等质量冰的载冰舱的计算结果进行比较,研究液舱内水运动对于液舱运动特性的影响。建立以N-S方程和连续性方程为控制方程的计算模型,采用有限体积法(FVM)离散控制方程,采用流体体积法(VOF)捕捉自由液面,采用动网格技术处理物体运动所导致的网格变形。研究舱内水或冰,外部波浪与液舱的相互作用,分析三者之间的耦合作用机理。研究发现,相同质量的水和冰发生状态转化以后固有频率发生了显著的变化,因此船舱固有频率和波浪频率的相对关系发生变化,进而影响载水舱和载冰舱的运动幅值。

摘要： 文章选取北京某地铁站作为研究对象,提出一种新的基于污染物扩散态势和人员平均分布密度脆弱性评价指标,用于描述空间内某一位置发生污染气体泄漏或袭击时,该污染源对整个空间的危害程度。根据文章脆弱性分析结果,该地铁站站台层的高风险区域分布在南侧楼梯口处,各位置的脆弱程度随全天时段产生波动,但整体排序保持不变。与单一扩散指标相比,该指标耦合了污染物的扩散趋势及其对内部人员的伤害作用,更加适用于人员密集的实际应用场景。

摘要： 为计算液态铅铋(LBE)在环管内不同加热环境下的湍流换热,基于开源计算流体力学程序OpenFOAM开发了四方程模型求解器4eqnFoam。将LBE在平板和圆管内的预测结果与直接数值模拟结果和实验结果进行对比,验证了求解器的有效性。基于该求解器,分别计算了LBE在外壁绝热内壁加热以及内外壁面等热流加热环管内不同雷诺数下的湍流换热量。结果表明:随着雷诺数的增加,两种加热条件下的无量纲温度脉动、雷诺热流、湍流热扩散作用增大,而平均湍流普朗特数减小;当雷诺数增加到一定程度时,平均湍流普朗特数变化不明显。基于4eqnFoam求解器,可为计算LBE热工水力现象提供更多参考。

摘要： 近年来,海底管道对于近海油气工业中碳氢化合物的运输十分重要,预测海底管道周围水动力特征对于研究管道损坏机理具有重要意义。基于Spalart-Allmaras改进延迟分离涡模拟(improved detached eddy simulation,简称IDDES)湍流模型,利用开源OpenFOAM求解器计算单管冲刷过程中4个特征阶段管道周围水动力特征。在数值模拟中先计算了无圆管时均匀来流充分发展后的流场,依据该流场中进口流速分布设定有管道时的边界层及进口边界条件。通过将最终模拟结果与前人试验数据及数值模拟结果进行对比,表明了该模型计算结果相对于k-ε模型及LES模型更加贴合试验结果,验证了定义边界层方法的可靠性及IDDES模型在预测管道周围流场的适用性。模型计算结果显示,随着冲刷坑深度的逐渐增加,管道下游回流区会经历一个大幅缩减又逐渐扩大的过程,且逐渐关于圆管中心所在水平线对称;通过对不同冲刷阶段尾涡形态的分析表明,冲刷前期并没有涡脱产生,中期已经有产生涡脱的趋势,后期出现了明显的且较为稳定的涡脱。

摘要： 文章基于OpenFOAM的两相流求解器OlaFlow建立了考虑壁面函数边界条件的礁盘地形数值波浪水槽,利用礁盘地形上波浪传播物模试验结果验证了所建数模的可靠性。通过验证后的模型进行了不同入射波要素和水深条件下波浪在礁盘地形上传播的数值模拟,分析了波浪底部切应力在礁坪上的沿程变化,以及相对水深、入射波高和波周期对波浪底部切应力的影响。结果表明:随着礁坪上相对水深的增大,向岸和离岸切应力呈减小趋势;随着入射波高和周期增大,向岸和离岸切应力呈增大趋势;向岸切应力最大值主要出现在礁缘后方,随入射波周期增大,向岸切应力最大值出现位置向礁缘后方移动;离岸切应力最大值主要出现在礁缘处。

摘要： 吸气式反应堆具有大比冲、高功率密度的优良特点,在未来空天推进领域具有广阔的应用前景。该反应堆在正常运行条件下需要完成各类功率快速响应的瞬态工况,并在极短时间内完成启停堆过程,采用传统的数值方法研究其瞬态三维核热耦合特性存在较大的困难。本文基于开源OpenFOAM平台,开发了三维瞬态核热耦合求解程序,提出了新型流固热耦合边界,实现了固体堆芯与流道内部流动传热特性的快速预测,使用点堆模型求解堆芯中子物理特性,通过耦合物理模块与热工模块实现了瞬态过程中气式反应堆堆芯流动传热特性的数值分析。模拟结果表明,吸气式反应堆在功率快速提升的同时,固体材料的温度不会迅速升高,而是平稳上升直至稳态,反应堆在瞬时热功率超过设计基准值的启堆过程中仍然是安全的。

摘要： 为探究翼型动态失速的高可信非定常模拟方法,以FFA-W3-241翼型为研究对象,采用开源计算流体动力学求解器OpenFOAM开展翼型动态失速下的流动模拟。研究重叠网格和滑移网格2种不同网格运动形式、2种不同时间步长、2种不同计算周期和OpenFOAM默认湍流模型与修正的k-ωSST湍流模型对动态失速过程中翼型气动力的模拟精度,并对流场结构进行分析。结果表明:修正模型预测的翼型气动力和流场特征与实验值更接近;重叠网格在翼型的动态失速模拟中更具优势。

摘要： 以某型燃气轮机透平第1级静叶(无气膜)为研究对象,基于OpenFOAM平台采用叶栅三维黏性流的数值计算方法,研究了不同进口来流湍流度下静叶片表面的压力分布和对流传热系数的分布特征及二者对叶片冷却结构设计的影响。结果表明:来流湍流度对叶片表面的压力分布影响较小,对表面传热影响显著。叶片外表面传热系数随来流湍流度的增大而升高,但增强的幅度逐渐减小。在前缘区的传热增强程度最大达到30%,压力面的影响达15%,吸力面及尾缘区域传热增强程度受湍流度影响约5%。沿叶高方向,叶片传热呈现较高的二维性,叶片根部区域有明显端部效应。根据叶片一维传热过程模拟,若前缘外传热恶化程度达30%,则金属表面局部平均温度上升最大幅度约24 K,这极大影响了叶片寿命。在设计叶片冷却结构时,需要合理地考虑来流湍流度的影响,采用高性能冷却结构并留有适当安全裕度,防止叶片局部过热或产生较大热应力。研究成果可为透平叶片冷却结构设计及现有机组性能优化提供参考。

摘要： 在科学计算和工程领域,大型稀疏线性方程组的求解非常常见,目前已经有许多迭代方法和预处理技术被用于求解这类方程。DILU预处理技术类似于ILU,是开源计算流体力学软件OpenFOAM中重要的预处理技术,但未在OpenFOAM以外的领域引起关注,目前也没有完整的GPU实现。比较了DILU和ILU预处理技术对稳定双共轭梯度法(BiCGStab)加速的效果,以及它们在构造预处理子上的开销,结果表明,DILU在加速效果上不逊于ILU且在稳定性上优于ILU。在GPU并行实现方面,DILU可以使用分层并行和无全局同步并行两种并行策略,详细讨论了DILU预处理技术在这两种策略下的实现方法,给出了相关的算法和参考代码,然后比较了在两种并行策略下DILU预处理技术的性能。数值实验结果表明,在实践中两种并行策略各有优劣,可以根据实际表现进行选择。另外比较了GPU和CPU执行的DILU预处理技术,GPU在性能上具有明显优势,在线性方程组求解上存在性能瓶颈的程序可以移植到GPU平台以提升性能。

摘要： 网格生成是计算流体力学中非常重要的一环,大规模数值模拟过程中对网格精度要求的提高会导致网格生成所耗的时间增加.文中基于OpenFoam开源软件中的网格生成算法,主要研究多面体网格的并行生成,并提出OpenMP和MPI混合并行的多面体网格生成方法.通过理论分析得到,使用混合并行方法生成相同质量的网格时,混合并行方法生成网格的时间消耗随着线程数量和网格单元数量的增加而减少.3组使用不同求解器的数值模拟实验结果表明,该混合并行方法不但可以保证生成网格的质量---可以正常进行数值计算模拟且模拟结果与原方法相比几乎没有差别,而且生成同样质量与数量网格的耗时最多可以缩短至未使用OpenMP并行方法之耗时的1/4以内.

摘要： 本文尝试将风工程及环境工程研究中典型的方块错列阵列绕流问题在开源计算流体动力学类库OpenFOAM中实现。采用稳态模拟，利用计算风工程中广泛使用的RANS 时均模型对Navier-Stokes 方程组予以封闭。通过合理地选择求解策略及边界条件组合设定，在该数值模拟平台上准确的还原了流场结构的典型特征且模拟结果与风洞试验数据得到了很好的吻合。通过本次模拟尝试，验证了该平台的可靠性，也证实了其能够应用于相关领域的科学研究和工程实践。

摘要： 本文尝试将风工程及环境工程研究中典型的方块错列阵列绕流问题在开源计算流体动力学类库OpenFOAM中实现。采用稳态模拟，利用计算风工程中广泛使用的RANS 时均模型对Navier-Stokes 方程组予以封闭。通过合理地选择求解策略及边界条件组合设定，在该数值模拟平台上准确的还原了流场结构的典型特征且模拟结果与风洞试验数据得到了很好的吻合。通过本次模拟尝试，验证了该平台的可靠性，也证实了其能够应用于相关领域的科学研究和工程实践。

摘要： 本文尝试将风工程及环境工程研究中典型的方块错列阵列绕流问题在开源计算流体动力学类库OpenFOAM中实现。采用稳态模拟，利用计算风工程中广泛使用的RANS 时均模型对Navier-Stokes 方程组予以封闭。通过合理地选择求解策略及边界条件组合设定，在该数值模拟平台上准确的还原了流场结构的典型特征且模拟结果与风洞试验数据得到了很好的吻合。通过本次模拟尝试，验证了该平台的可靠性，也证实了其能够应用于相关领域的科学研究和工程实践。

摘要： 本文尝试将风工程及环境工程研究中典型的方块错列阵列绕流问题在开源计算流体动力学类库OpenFOAM中实现。采用稳态模拟，利用计算风工程中广泛使用的RANS 时均模型对Navier-Stokes 方程组予以封闭。通过合理地选择求解策略及边界条件组合设定，在该数值模拟平台上准确的还原了流场结构的典型特征且模拟结果与风洞试验数据得到了很好的吻合。通过本次模拟尝试，验证了该平台的可靠性，也证实了其能够应用于相关领域的科学研究和工程实践。

摘要： 本文尝试将风工程及环境工程研究中典型的方块错列阵列绕流问题在开源计算流体动力学类库OpenFOAM中实现。采用稳态模拟，利用计算风工程中广泛使用的RANS 时均模型对Navier-Stokes 方程组予以封闭。通过合理地选择求解策略及边界条件组合设定，在该数值模拟平台上准确的还原了流场结构的典型特征且模拟结果与风洞试验数据得到了很好的吻合。通过本次模拟尝试，验证了该平台的可靠性，也证实了其能够应用于相关领域的科学研究和工程实践。

摘要： 本文尝试将风工程及环境工程研究中典型的方块错列阵列绕流问题在开源计算流体动力学类库OpenFOAM中实现。采用稳态模拟，利用计算风工程中广泛使用的RANS 时均模型对Navier-Stokes 方程组予以封闭。通过合理地选择求解策略及边界条件组合设定，在该数值模拟平台上准确的还原了流场结构的典型特征且模拟结果与风洞试验数据得到了很好的吻合。通过本次模拟尝试，验证了该平台的可靠性，也证实了其能够应用于相关领域的科学研究和工程实践。

摘要： 本发明涉及面向结果后处理的OpenFOAM有限体积分析结果数据格式及其转换方法，步骤包括：找到OpenFOAM网格文件和结果数据文件；通过正则表达式匹配网格文件和结果数据文件中包含数据信息的表达式；建立并完成所有数据文件之间的映射关系；定义数据储存形式，即XML文件的语法、语义和格式；根据XML文件格式生成并导出含映射关系的数据文件。本发明提供了一种正则表达式和XML格式的语法，实现了OpenFOAM结果数据文件到XML格式的自动转换，为用于OpenFOAM仿真计算结果后处理与二次开发提供了一种接口文件。该文件结构清晰、直观，便于阅读，数据的提取和传递。

摘要： 本发明提供一种基于Web技术的OpenFOAM计算任务管理方法，该方法基于Web技术，提供统一便捷且可视化的OpenFOAM云端计算任务管理及后处理可视化操作界面和API通信接口，为多用户使用场景提供CFD计算任务创建和管理机制，用户无需掌握服务器远程登录及操作技能、无需了解OpenFOAM计算细节，显著降低了建筑CFD辅助设计过程中OpenFOAM应用的操作难度；该方法还通过CFD多任务管理程序，实现无人值守，避免了人工监控和错误处理不及时造成的资源浪费；通过自动分配计算资源，避免多用户使用时的资源竞争导致效率降低；充分发挥出计算服务器多核心的高性能并行计算能力，保持服务器能持续、高效地进行建筑工程CFD分析工作，为CFD批量自动计算提供了新的技术手段。

摘要： 本发明涉及计算流体动力学技术领域，具体提供一种基于OpenFOAM平台的海洋大气边界层流动特性的预测方法及系统，旨在解决现有海洋实测数据分析方法存在对海洋大气边界层流动特性预测困难且预测效率较低的问题。为此目的，本发明的基于OpenFOAM平台的海洋大气边界层流动特性的预测方法包括：对建立的三维计算流域划分网格，得到三维流域网格；建立计算流体力学模型；设置边界条件和计算参数；基于建立的计算流体力学模型以及设置的边界条件和计算参数，在三维流域网格上进行流场数值计算，得到海洋大气边界流动特性。

摘要： 本发明公开了一种耦合WRF与OpenFOAM模型的机动车污染扩散模拟方法及系统，方法包括：采集模拟区域路段的数据，计算污染物排放源强；建立该区域的中尺度WRF模型，模拟中尺度气象模式数据并通过聚类分析得到典型气象工况；根据建筑物数据建模以生成精细化网格；将中尺度WRF模型的气象信息数据耦合至精细化网格的边界上，以得到典型工况下的网格风场数据，作为OpenFOAM模型的边界条件；将污染物排放源强作为OpenFOAM模型的源项，并求解OpenFOAM模型的污染物扩散方程组，得到当前模拟区域路段的机动车大气污染物的空间扩散分布特征。通过本发明的技术方案，能够准确模拟道路尺度机动车污染扩散特征，定量评估机动车污染物对空气质量的影响贡献，科学支撑机动车污染领域精细化管理。

摘要： 本发明涉及计算流体动力学技术领域，具体提供一种基于OpenFOAM平台的海洋大气边界层流动特性的预测方法及系统，旨在解决现有海洋实测数据分析方法存在对海洋大气边界层流动特性预测困难且预测效率较低的问题。为此目的，本发明的基于OpenFOAM平台的海洋大气边界层流动特性的预测方法包括：对建立的三维计算流域划分网格，得到三维流域网格；建立计算流体力学模型；设置边界条件和计算参数；基于建立的计算流体力学模型以及设置的边界条件和计算参数，在三维流域网格上进行流场数值计算，得到海洋大气边界流动特性。

摘要： 基于OpenFOAM的气体静压轴承压力场分布仿真方法，包括：建立气体静压轴承气体流动域的三维模型，生成精细化网格，将网格导入到OpenFOAM中，并建立合适的湍流模型；设置边界条件、壁面函数和计算参数；建立可压缩稳态求解器(rhoSimpleFoam)的控制方程，选择求解器算法，方程的离散形式以及矩阵的求解方式，对方程组进行分离式求解；进行可压缩稳态计算，获得气体静压轴承压力场分布特性。本发明的优点是：基于开源软件OpenFOAM，可以对课题项目进行针对性的编译求解，针对具体的实验模型以及实验条件调整参数，具有较高的计算精度以及较好的收敛性，可信度高。

摘要： 本发明公开了一种耦合WRF与OpenFOAM模型的机动车污染扩散模拟方法及系统，方法包括：采集模拟区域路段的数据，计算污染物排放源强；建立该区域的中尺度WRF模型，模拟中尺度气象模式数据并通过聚类分析得到典型气象工况；根据建筑物数据建模以生成精细化网格；将中尺度WRF模型的气象信息数据耦合至精细化网格的边界上，以得到典型工况下的网格风场数据，作为OpenFOAM模型的边界条件；将污染物排放源强作为OpenFOAM模型的源项，并求解OpenFOAM模型的污染物扩散方程组，得到当前模拟区域路段的机动车大气污染物的空间扩散分布特征。通过本发明的技术方案，能够准确模拟道路尺度机动车污染扩散特征，定量评估机动车污染物对空气质量的影响贡献，科学支撑机动车污染领域精细化管理。

摘要： 本发明公开了一种基于OpenFOAM的多层流体晃荡的模拟方法，包括以下步骤：S1、建立三维液舱模型，对液舱进行网格划分，并设置液舱各面的几何边界条件；S2、对液舱中多相流的流体域进行设置，定义各相流体的初始位置；S3、构建用于模拟液舱晃荡的动网格模型，设置液舱六自由度运动属性；S4、对液舱晃荡的各项计算控制参数与模型属性参数进行设定；S5、计算程序运行求解并导出用于后处理的计算数据。本发明方法实现了多层流体的模拟及多液面的同时捕捉，实现了多层流体晃荡的模拟。

摘要： 本发明公开了一种利用GPU对OpenFOAM解算器PCG进行加速的方法，包括：1)将OpenFOAM网格化所生成的格式为ldu的稀疏矩阵转化为更加适合于GPU运算的ELLB稀疏矩阵存储格式；2)将格式转换后的稀疏矩阵与向量进行乘法，根据不同的存储样式采用不同的相乘方法。3)根据PCG解算器的原理，对涉及到稀疏矩阵向量乘法的运算时引入ELLB稀疏矩阵存储格式和相乘方法。本发明的优点是：充分利用GPU的硬件特性，通过引入ELLB稀疏矩阵存储格式，提高该格式下稀疏矩阵乘法的效率，从而提高OpenFOAM中里利用解算器PCG求解实际问题的效率。

摘要： 一种构建openfoam求解器的方法，包括以下步骤：S1：根据Rolie‑Poly本构模型基于C++代码编写Rolie‑Poly.H文件；S2：在createFeilds.H中定义参数变量名；S3：对PisoFoam求解器中的PisoFoam.C件添加Rolie‑Poly.H本构模型文件；S4：在OpenFOAM‑6exercise版本中编译求解器；S5：使用平板剪切流计算案例进行数据生成；S6：生成数据图与rheoFoam案例中的数据对比。本发明提出了一种新的构建openfoam求解器的方法，能够为计算湍流流场提供有效的数据计算，相较现有的rheoFoam求解器，本发明具有更高的计算效率。