OpenFOAM软件中计算流体力学核心代码提取研究

论文摘要

湍流是流体力学的经典难题,具有巨大的理论和应用背景。湍流研究呼唤新的思维,湍流新理论的构建和深入探讨日益需要借助于计算机模拟,但从头编程工作量巨大,如何依托已有程序框架开展新流动理论的数值模拟是本论文的出发点。目前,各种计算流体力学（CFD）软件都是围绕对流-扩散的经典流动理论框架设计的,只能进行系数、源项的简单扩展,不方便用于流动新理论的研究。本论文利用著名的开源CFD软件OpenFOAM、提取其核心流动分析模块,以期将提取的核心代码作为流动新理论数值研究的基础。经过多年发展和多次版本更迭,OpenFOAM软件已经具有强大功能、同时代码也变得十分庞大。本文针对该软件开展了以下研究:（1）确定OpenFOAM流动分析的三个主要求解器,以求解器为线索,分析出其CFD核心模块的结构框架图。（2）利用OpenFOAM自带的wmake编译器和库之间的逻辑,提取出完整的CFD核心代码,实现其独立编译,并与原始代码库进行了比较分析。（3）通过3个算例来验证所提取核心代码的有效性和正确性。本论文提取的CFD核心代码具有简洁性和可扩展性,将用于新流动理论的数值模拟,推动湍流这一困难问题的研究。

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摘要

ABSTRACT

第1章绪论

1.1 研究背景

1.2 OpenFOAM框架介绍

1.3 OpenFOAM的应用研究

1.4 研究目的和研究内容

第2章流动理论基本方程及其离散化

2.1 流体运动的基本控制方程

2.2 微分算符的离散

2.2.1 icoFoam求解器

2.2.2 scalarTransportFoam求解器

2.2.3 potentialFoam求解器

2.3 本章小结

第3章 OpenFOAM的 CFD核心代码提取

3.1 OpenFOAM编译相关知识介绍

3.2 从求解器出发的结构分析

3.3 提取求解器核心代码的方法

3.3.1 核心代码提取过程

3.3.2 核心源代码分析

3.4 提取代码前后对比

3.5 本章小结

第4章 CFD核心代码算例分析及比较

4.1 二维后台阶模型算例验证

4.1.1 网格模型及边界条件

4.1.2 算例格式设置

4.1.3 potentialFoam算例计算结果及分析

4.1.4 scalarTransportFoam算例计算结果及分析

4.2 三维方腔流模型验证

4.2.1 网格模型及边界条件

4.2.2 算例格式设置

4.2.3 计算结果及分析

4.3 本章小结

第5章总结和展望

5.1 本文总结

5.2 进一步的工作方向

参考文献

致谢

附录 OpenFOAM库所提取的核心代码

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 郑澄远

导师: 邹文楠

关键词: 求解器,流动理论,数值模拟

来源: 南昌大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 力学,计算机软件及计算机应用

单位: 南昌大学

分类号: O35;TP319

DOI: 10.27232/d.cnki.gnchu.2019.000742

总页数: 61

文件大小: 2490K

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