OpenFOAM算例
此页面用于提供各类OpenFOAM官方没有包含的算例。可以作为官方算例的扩充版本。算例全部开源。分为3部分：
岳子的CFD课中的OpenFOAM算例；
岳子帮助CFD中文网调试的算例；
其他算例；
岳子的CFD课中的OpenFOAM算例下载方式：
git clone https://e.coding.net/dyfluid/OpenFOAM/dyfluidCourse.git
下载后如下图显示，其他算例请参考下文。
城市工厂流场CFD流场数据集
简介：本算例文件为纯自制。相关算例可适配数据驱动来生成CFD训练集。网格生成不需要stl文件，全部自动生成。算例共有16个速度方向，模拟不同方向的风速。相应的结果可以结合数据驱动CFD方法，来对城市建筑工厂等进行快速流场重组：
运行方法：
bash Allrun
链接：点击下载
Laval蒸汽喷管
简介：算例文件来自于CFD中文网。用户计算的Lavel喷管，与Fluent计算的结果对不上。更详细的信息请参考CFD中文网。经调试后计算结果如下：
运行方法：
rhoPimpleFoam
链接：点击下载
瞬态多相台阶流
简介：算例文件来自于CFD中文网。用户无法得到收敛的结果，且无法进行计算。更详细的信息请参考CFD中文网。经调试后计算结果如下：
运行方法：
of2306
blockMesh
setFields
interFoam
链接：点击下载
稳态超音速横向射流
简介：本算例为一个二维的超音速与低音速混合流动。本算例文件来自于CFD中文网。用户无法得到收敛的结果，且无法进行计算。
数值关键点：
速度：进口固定值；出口零梯度；
温度：进口固定值；出口零梯度；
压力：进口固定值；出口零梯度；
超音速流动，其中低音速流动可以固定进口速度值并给定零法向梯度边界条件；
算例最终可以稳定收敛；算例需使用upwind稳定后，再使用高阶离散格式计算，否则容易发散；计算结果如下：
运行方法：
blockMesh
rhoSimpleFoam
链接：点击下载
稳态跨音速二维叶栅
简介：本算例为一个二维的跨音速叶栅模拟。本算例文件来自于CFD中文网。原算例和Fluent计算得到的结果相比，其叶片前缘的局部高速区域明显很弱，这是不太符合一般的气动规律，如下图：
数值关键点：
速度：固定方向的速度进口
pressureDirectedInletOutletVelocity，可指定角度；温度：总温边界条件
totalTemperature；压力：总压边界条件
totalPressure；压差驱动流动，速度进口方向固定；
湍流变量：进口固定值、出口零法向梯度、附加壁面函数；
cyclicAMI边界条件；物性为空气；
湍流模型选用kOmegaSST；
算例最终可以稳定收敛；且可以计算非常长的迭代步并趋向于稳定。但使用高阶格式，会发散。叶片前缘的局部高速区域成功捕获，最大马赫数约在1.3左右；
运行方法：
rhoSimpleFoam
链接：点击下载
稳态大尺度大气流动
简介：这是一个非常简单的大气流动模拟。计算域为一个矩形计算域。长宽高分别为3公里、5公里、1公里。一共1500个网格。计算需要给定了进口温度梯度。在计算的过程中，发现收敛性非常差，或者是流场完全不正确。
算例在计算域缩小一定程度的情况下，收敛非常好。
算例在密度为常数的情况下，收敛非常好。
算例不附加温度梯度，可以收敛。
数值关键点：
速度：进口固定值，或者抛物线速度进口；
压力：进口零梯度，出口固定值；
温度：内部场采用
codeStream构建非均一分布；进口采用固定梯度分布；物性为空气；
湍流均采用进口固定值、出口零梯度、壁面函数相关设置；
附加了fvConstrants来限定温度变化，如果不附加限定，温度会出现负值；在附加限定的时候，有的时候会发散，但是发散的原来来自于速度；
运行方法：
blockMesh
buoyantFoam
链接：点击下载 。本设置并不能够运行成功。但仅仅需要调节2个参数即可。感兴趣的可以自己玩一下。提示：
更改p_rgh边界条件的一个参数；
更改速度压力耦合策略的一个参数；
圆柱绕流
简介：本采用icoFoam对圆柱绕流进行计算模拟。算例采用blockMesh生成的非正交六面体网格。左侧为进口，右侧为出口，计算域内存在一个圆柱。上下边界为对称面。
数值关键点：
速度：进口固定值，出口零梯度；
压力：进口零梯度，出口固定值；
物性为空气；
运行方法：
blockMesh
icoFoam
链接：点击下载
不可压缩DNS
简介：icoFoam由于不附加任何湍流模型直接求解N-S方程，并采用二阶有限体积法进行离散求解。因此可用作为一个直接模拟求解器进行直接模拟。一些文章中更严谨的将其称为准直接模拟:quasi-DNS。另外，在这里强调OpenFOAM中的icoFoam、pisoFoam以及pimpleFoam在不使用湍流模型的情况下是相同的。本算例为一个周期方管的直接模拟。本算例对标相关文献的研究工作 (Komen et al., 2014) 。
数值关键点：
速度：速度初始条件通过boxTurb工具生成散度为零的速度场。同时将其通过mapFields映射到非均匀网格。进出口均为周期性边界；
压力：进出口均为周期性边界；
物性为空气；
算例通过
meanVelocityForce添加了压力梯度力来保持速度恒定；
运行方法：
blockMesh
icoFoam
链接：点击下载
后向台阶流
简介：采用simpleFoam模拟的2维后向台阶管道流动。其为一个稳态算例。算例对标相关文献的研究工作 (Armaly et al., 1983)。
数值关键点：
速度：速度入口采用抛物线速度分布型线：
inlet
{
type codedFixedValue;
value uniform (0 0 0);
redirectType inletLaminarSquareProfil;
code
#{
const vectorField& Cf = patch().Cf();
const scalar H = 0.0052;
const scalar Umax = 0.879542893;
forAll(Cf, faceI) // loop over all the patch faces
{
const scalar y = Cf[faceI].y() - 0.0049;
(*this)[faceI] = vector(Umax*(4*y/H-4*sqr(y/H)), 0, 0);
}
#};
}
压力：进口零梯度，出口固定值；
物性为空气；
运行方法：
blockMesh
simpleFoam
链接：点击下载
亚音速三段翼外流场
简介：本算例为一个三段翼的亚音速流动。速度的大小约为125米每秒。最高马赫数大约在0.7左右。本算例文件来自于CFD中文网。用户进行设置的时候，遇到了严重的收敛问题。且采用SIMPLE算法以及SIMPLEC算法计算出来的结果不一致。
数值关键点：
速度：进口固定值，125米每秒，出口零梯度；
压力：进口零梯度，出口固定值；
湍流变量：进口固定值、出口零法向梯度、附加壁面函数；
物性为空气；
湍流模型选用kOmegaSST；
经过调试，算例可选用SIMPLEC或SIMPLE算法，最终收敛的阻力系数均为0.035；注意，使用SIMPLEC以及SIMPLE需要设置不同的松弛因子，这在fvSolution中已经做了包含；
算例可以附加transonic开关，也可以关闭。不影响最终收敛后的结果；
运行方法：
rhoSimpleFoam
链接：点击下载
喷管CDV：超音速
简介：本算例为一个二维的轴对称的超音速喷管算例。算例可以通过不同的压差，来实现超音速、跨音速、以及亚音速流动。同时对数值处理的方式极为不同。是一个非常有意思的，很具有数值挑战性的算例。下图来自于NASA官网，可以看出，在出口压力越来越低的情况下，流动呈现非常不同的特征。本算例出口压力很低，为一个超音速流动。
数值关键点：
速度：进出口均为零法向梯度；
温度：进口固定值，出口零梯度；
压力：进口总压边界条件
totalPressure；出口无反射边界条件waveTransmissive；压差驱动超音速流动；
无粘流动；
层流；
运行方法：
./Allrun
链接：点击下载
喷管CDV：亚音速以及跨音速
简介：本算例在上述算例上做了小的修正，仅仅更改出口压力即可，此算例出口压力设置为8900。亚音速算例与超音速算例的数学特征不同。因此必须要给定压差边界条件。将算例出口压力设置为7500，算例还将呈现正激波，且流动会choke。
数值关键点：
速度：进出口均为零法向梯度；
温度：进口固定值，出口零梯度；
压力：进口总压边界条件
totalPressure；出口固定值条件fixedValue；压差驱动亚音速流动；
无粘流动；
层流；
运行方法：
./Allrun
链接：点击下载
稳态地形流动
简介：本算例模拟地形。计算域尺度非常大。stl文件由CFD中文网提供。用户遇到的问题是地形网格生成质量很差无法用于计算。经过更换网格生成网格，可以高效率的收敛。但目前有若干问题：
算例尺度非常大，高度有3000米。使用默认的kEpsilon模型由于在高空会预测过大的湍流粘度，因此需要将湍流模型进行修正。本算例并没有进行湍流模型修正，因此将算例尺度整体缩小10倍，最高尺度为300米。缩小后的计算域可以使用kEpsilon模型；
算例采用网格点移动的方法生成地形的高质量结构网格；
数值关键点：
本算例没有特殊的数值处理，只不过采用网格点移动的方式来生成网格，且200多步计算收敛；
运行方法：
./Allrun
链接：点击下载 。
瞬态亚音速二维叶栅
简介：本算例为一个二维的亚音速瞬态叶栅模拟。本算例文件来自于CFD中文网。原算例采用sonicFoam进行计算，算例可以稳定的收敛一段时间，但是出口背压不断减小，进口静压也是减小。因为进口总压一定，进口速度也会不断增大，当进口Ma数大于1的时候整个计算就会崩掉。如果强行换成fixedMean或者fixedValue出口背压就会不断增大，出口就像被堵住了一样。为了适配OpenFOAM-10，本算例采用rhoPimpleFoam进行计算。为了最后达到近似稳态的效果，计算耗时比较长。
数值关键点：
速度：固定方向的速度进口
pressureDirectedInletOutletVelocity，可指定角度；温度：总温边界条件
totalTemperature；压力：总压边界条件
totalPressure；出口无反射边界条件waveTransmissive；压差驱动流动，速度进口方向固定60度；
湍流变量：进口固定值、出口零法向梯度、附加壁面函数；
cyclicAMI边界条件；物性为空气；
湍流模型选用kOmegaSST；
运行方法：
rhoPimpleFoam
链接：点击下载
可压缩ERCOFTA泵
简介：本算例为客户邮件发送的可公开算例。ERCOFTA泵得益于实验数据比较全面，因此经常被用于研究湍流模型以及相关的算法验证。本算例为一个2D的ERCOFTA泵。采用可压缩瞬态/稳态流场求解器模拟。旋转部分采用MRF方法。在使用MRF方法的时候，需要在网格区域指定旋转区域。本算例附带瞬态以及稳态相关结果。稳态的计算时间大大小于瞬态。
数值关键点：
MRF多重参考系；
cyclicAMI网格交界面；在cyclicAMI与MRF共同使用的情况下，注意cyclicAMI网格patch不能移动；
kOmegaSST湍流模型；
movingWallVelocity边界条件（旋转区域的壁面需要指定本边界条件）；
运行方法：
瞬态直接运行rhoPimpleFoam，稳态运行rhoSimpleFoam
链接：点击下载
亚音速轴对称射流
简介：本算例为一个亚音速轴对称射流。算例文件来自于CFD中文网的相关讨论。算例对标NASA的提供的轴对称亚音速流动。出口流速大概在165m/s。用户进行设置的时候，遇到了下列问题：
稳态瞬态结果对不上。
进口速度震荡问题。
经过调试后，算例可成功运行并结果具有对比性。
数值关键点：
wedge几何；
freestream自由流边界条件；
totalTemperature总温边界条件；
totalPressure总压边界条件；
物性为空气；
湍流模型选用kOmegaSST；
运行方法：
rhoPimpleFoam
链接：点击下载
壁面\(y^+\)验证
简介：本算例的目的非常简单，就是通过RANS方法，验证OpenFOAM中的湍流模型预测的无因此\(y^+\)以及\(u^+\)的精准性。
数值关键点：
采用1D网格，采用周期网格；网格点不超过200个，计算非常快；
cyclic边界条件；
相应的湍流模型壁面函数的使用；
已经测试LamBremhorstKE、LaunderSharmaKE、LienLeschziner、LienCubicKE、v2f、qZeta低雷诺数湍流模型；
已经测试kEpsilon、kOmega高雷诺数湍流模型；
算例可以直接运行，可以一键出图；
运行方法：
./Allrun
链接：点击下载
泰勒泡泡流
简介：本文介绍的验证算例为管道段塞流/泰勒泡。细长管道内的气液流动通常可分为5种流形：泡状流（bubbly flow）、段塞流（slug flow）、搅拌流（churn flow）、塞状环状流（slug-annular flow）和环装流（annular flow）。泡状流指气泡以不规则的类球形形态分散在液相中，气相可以看作为离散相，液相可以看作为连续相。在气液相表观速度相差不大或基本相等的情况下，会形成段塞流，又称泰勒流。段塞流的特点为气塞与气塞互相被各自分开，气泡与管道壁面之间有一层很薄的液膜，气塞单元或者液塞单元的长度大于或者等于管道横截面的宽度。在通过VOF模型进行计算的时候，模型需要能够捕获这种段塞的行为而不是分层流。本验证算例来源于CFD中文网。用户红豆沙提供的网格文件。下图即为本算例模拟的泰勒泡的几何与网格。
数值关键点：
气相从下方进入，液体从上方进入，算例运行一段时间后，应出现段塞流特征；
经测试，不同的气相流速、液相流速展现非常不同的流动行为，用户可尝试调节不同的流速，研究流速对流形的影响；
本算例采用水表示连续相，用户可尝试使用非牛顿流体作为连续相，研究连续相物性对流形的影响，类似的研究可参考这篇文章;
运行方法：
fluentMeshToFoam fluent.msh
interFoam
链接：点击下载
2D黎曼问题
简介：超音速黎曼问题主要用于研究各种离散格式的精准性。本算例为一个2D黎曼问题。相对于1D黎曼问题，可以深入的研究不同方向速度格式分裂对结果的影响。同时可以看出，有限体积法下的2D黎曼问题的精度确实有待提升。
数值关键点：
本算例的网格采用1600万矩形网格。用户可以在blockMesh里面将网格数量减小；
通过setFields对初始场进行设置，获得黎曼问题初始场；
采用超音速密度基求解器rhoCentralFoam进行求解；
运行方法：
./Allrun
链接：点击下载
气液多相混合
简介：OpenFOAM-10中的multiphaseEulerFoam的前身有很多。在OpenFOAM-9中被称之为reactingTwoPhaseEulerFoam。在更老的版本为compressibleTwoPhaseEulerFoam。在可压缩版本之前是twoPhaseEulerFoam。最初的demo版本求解器是bubbleFoam。气液多相混合涉及到复杂的数值求解技巧。OpenFOAM运用了成熟的数值方法来处理气液多相混合问题。整个multiphaseEulerFoam求解器的演变，代表了OpenFOAM官方数值技巧的迭代更新。对multiphaseEulerFoam求解器进行学习，可以深入到底层获得对多相流甚至单相流NS方程求解更深层次的理解。
在OpenFOAM-10中自带的算例主要为以下几个：
bubbleColumn：中等相分数气-液混合鼓泡床模拟
fluidisedBed：稠密气-固流化床模拟
bubbleColumnEvaporatingReacting：附加反应与传质的中等相分数气-液混合鼓泡床模拟
mixerVessel2D：旋转机械中的中等相分数气-液混合问题
wallBolling：壁面沸腾
除上述算例外，自带算例还包含若干其他算例在此不一一介绍。本文介绍的验证算例为较低相分数的气-液鼓泡床。几何形状简单，但流态复杂。在一个长方体中，气体自下方的小孔注入，水中的气泡由于浮力上浮。不同的气量，展现一定的周期流场结构（如下图），可用来促进传质混合。
数值关键点：
本验证算例可参考相关论文（Li et al.）。算例采用的网格为纯六面体结构网格。气相从下方进入，上方为自由出口，算例运行一段时间后，气体呈现周期的流场分布。0文件夹的主要设置如下：
气相相分数alpha.air：默认均一分布uniform 1，在算例运行前需要用setFields进行设置。鼓泡床下部为水，上部为空气
气相导热系数alphat.air：本算例不考虑传热，即均一分布uniform 0
液相导热系数alphat.water：本算例不考虑传热，即均一分布uniform 0
液相湍流动能耗散率epsilon.water：内部场给定一个较小的值，进口固定值，壁面采用壁面函数
液相湍流动能k.water：内部场给定一个较小的值，进口固定值，壁面采用壁面函数
液相湍流粘度nut.water：内部场给定一个较小的值，其他均有k和epsilon计算而来，壁面采用壁面函数
去除静水压力的压力p_rgh：内部场给定静压，出口采用prgh专用出口条件，壁面采用零发向梯度
气相温度T.air：本算例不考虑传热，温度场的设置不会影响计算结果，但文件需要包含，不做介绍
液相温度T.water：本算例不考虑传热，温度场的设置不会影响计算结果，但文件需要包含，不做介绍
颗粒温度系数项Theta：本算例为气液混合，但文件需要包含，不做介绍
气相速度U.air：进口速度采用固定值，满足表观气速流量计算假设，出口为自由出口
液相速度U.water：进口速度为0，壁面无滑移，出口为自由出口
constant文件夹的物性主要设置如下：
液相湍流设置turbulenceProperties.water：采用kEpsilon湍流模型
气相湍流设置turbulenceProperties.air：采用层流模型设置
液相热动力学参数thermophysicalProperties.water：采用水的热动力学经典设置
气相热动力学参数thermophysicalProperties.air：采用气相的热动力学经典设置
重力g：重力设置
相间作用力设置phaseProperties：设置颗粒直径、液相直径（用于计算相转置时的直径）、相间作用力，本算例仅包含曳力与壁面分散力
下图为监控某一点的周期性速度场。
运行方法：
./Allrun
链接：点击下载
传热撞击流
下面介绍的验证算例为撞击传热流动。算例将使用低雷诺数湍流模型，对\(\mathrm{Re}=10400\)情况下的对称二维绝热计算域下的流动进行模拟。本验证算例来源于CFD中文网。用户朱泽辉提供的算例文件，东岳流体进行的算例适配。对标一篇SCI文章。计算过程中，中空气从上方进入，经过撞击下方壁面后，从右侧出口流出。算例上下壁面为固定温度。下方在计算的结果：
本算例中需要计算努塞尔数：
其可以通过controlDict中的functions自动执行。算例中\(T_\mathrm{imp}=347.6\)，\(T_\mathrm{imp}=309.1\)，\(W=0.014231\)。可见，目前计算的努塞尔数与实验以及文献存在一定差异，原因尚不明确，判定可能的原因如下：
连接中表示，修改湍流动能耗散率与湍流动能进口的结果会更好，可尝试进行改动看结果是否有改进；
经测试，该算例对湍流模型非常敏感，目前本算例使用的为
LaunderSharmaKE湍流模型，可测试其他不同的湍流模型看结果是否有改进；本算例并没有考虑浮力对湍流变量产生的影响，可以参考
buoyantKEpsilon湍流模型研究浮力对结果的影响，看结果是否有改进；本算例采用的网格分辨率为\(216\times 80\)，虽然文献中进行了网格分辨率研究，证实了该分辨率可以提供精准的结果，但对于当前算例，有必要对网格进行进一步的研究看结果是否有改进；
以下内容尚未整理，敬请期待
大气边界层湍动能自保持
上升的2D泡泡
欧拉拉格朗日（鼓泡床）
电子芯片散热
扰流除尘器
OpenFOAM自带算例与备注 |
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pitzDailyPulse |
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planarContraction |
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planarCouette |
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planarPoiseuille |
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cavityCoupledU |
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pitzDailyMapped |
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drivaerFastback |
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pipeCyclic |
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rotorDisk |
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beamEndLoad |
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squarebend |
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squarebendLid |
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aerofoilNACA0012 |
