【OpenFOAM】-olaFlow-算例1- baseWaveFlume

算例路径： olaFlow\tutorials\baseWaveFlume
算例描述： 一个基础的二维波浪水槽
学习目标： olaFlow 求解器的造波、消波方法和算例设置
算例快照：

图1 波浪模拟结果
图2 算例网格
文件结构：

├── 0.org
│   ├── U 
│   ├── alpha.water
│   ├── alpha.water.org
│   └── p_rgh
├── cleanCase
├── constant
│   ├── dynamicMeshDict
│   ├── g
│   ├── transportProperties
│   ├── turbulenceProperties
│   └── waveDict   --> 设置波浪要素
├── runCase
└── system
    ├── blockMeshDict
    ├── controlDict
    ├── decomposeParDict
    ├── fvSchemes
    ├── fvSolution
    └── setFieldsDict  --> 设置水深

算例文件解析：

【0.org\U】

dimensions      [01-10000];// 量纲 m/s
internalField   uniform(000);// 内部速度场 均一场 0 0 0
boundaryField   //边界场{
    inlet      // 造波边界{
        type            waveVelocity;// 波浪速度
        waveDictName    waveDict;// 读取constant\waveDict中的波浪要素
        value           uniform(000);//初值为 0 0 0}
    outlet    // 消波边界{
        type            waveAbsorption2DVelocity;// 使用了二维消波理论，olaFlow采用主动消波法
        value           uniform(000);}
    bottom   // 底部边界为固壁边界，边界上速度为零{
        type            fixedValue;   
        value           uniform(000);}
    atmosphere // 大气边界，允许空气流出和流入{
        type            pressureInletOutletVelocity;
        value           uniform(000);}
    frontAndBack // 前后面，empty指示模型为二维模型{
        type            empty;}}

【0.org\p_rgh】

// p_rgh = p - rgh，实际压力减去静水压力
dimensions      [1-1-20000];// M(1) L(-1) T(-2)
internalField   uniform 0;
boundaryField
{
    frontAndBack
    {
        type            empty;}
    outlet
    {
        type            fixedFluxPressure;//将压力梯度设置为0，边界上的通量由速度边界条件指定
        value           uniform 0;}
    inlet 
    {
        type            fixedFluxPressure;
        value           uniform 0;}
    bottom
    {
        type            fixedFluxPressure;
        value           uniform 0;}
    atmosphere 
    {
        type            totalPressure;//总压条件:流出 p = p0; 流入 p = p0 - 0.5|U|^2
        U               U;
        phi             phi;
        rho             rho;
        psi             none;
        gamma           1;
        p0              uniform 0;
        value           uniform 0;}}

【0.org\alpha.water.org】

// 设置流体体积分数
dimensions      [0000000]; 
internalField   uniform 0;       
boundaryField
{
    inlet
    {
        type            waveAlpha;// 根据波浪条件设置
        waveDictName    waveDict;
        value           uniform 0;}
    frontAndBack
    {
        type            empty;}
    outlet
    {
        type            zeroGradient;// 零梯度}
    bottom
    {
        type            zeroGradient;}
    atmosphere
    {
        type            inletOutlet;// 当流体流出时，α的梯度为0；如果流入，α为0，100%的空气流入
        inletValue      uniform 0;
        value           uniform 0;}}

【constant\dynamicMeshDict】

dynamicFvMesh        staticFvMesh;

【constant\g】

dimensions      [01-20000];value(00-9.81);

【constant\transportProperties】

phases(water air);

water
{
    transportModel  Newtonian;
    nu              [02-10000]1e-06;// 流体运动粘度
    rho             [1-300000]1000;// 流体密度}

air
{
    transportModel  Newtonian;
    nu              [02-10000]1.48e-05;
    rho             [1-300000]1;}

sigma           [10-20000]0.07;// 水和空气之间的表面张力参数

【constant\turbulenceProperties】

simulationType  laminar;// 设置为层流模型

【constant\waveDict】

waveType        regular;// 规则波
waveTheory      cnoidal;// 椭圆余弦波
genAbs          1;// 考虑造波边界的消波性能  1/0
absDir          0.0;// 造波边界的消波方向
nPaddles        1;// 主动消波的Paddles数量设置
waveHeight      0.10;// 波高
wavePeriod      3;// 波周期
waveDir         0.0;// 波向
wavePhase       1.57079633;// 初始相位// Change both entries to true to re-read this dictionary upon restart.
rereadAlpha     false;
rereadU         false;

【system\blockMeshDict】

scale 1;vertices((0.0-0.020.0)(10.0-0.020.0)(10.0-0.020.7)(0.0-0.020.7)(0.00.00.0)(10.00.00.0)(10.00.00.7)(0.00.00.7));blocks(hex(01543267)(500170)simpleGrading(111));edges();patches(
    patch inlet  // 造波边界((0473))
    patch outlet  // 消波边界 ((1562))
    wall bottom   // 水槽底部边界((0154))
    patch atmosphere  // 大气边界((3267))
    empty frontAndBack // 水槽侧面边界((0123)(4567)));mergePatchPairs();

【system\controlDict】

application     olaFlow;// olaFlow求解器
startFrom       latestTime;
startTime       0;
stopAt          endTime;
endTime         60;
deltaT          0.001;// 计算时间步
writeControl    adjustableRunTime;
writeInterval   0.05;// 写出时间步
purgeWrite      0;
writeFormat     ascii;
writePrecision  6;
compression     off;// 是否压缩格式写出，可节约硬盘空间, on/off
timeFormat      general;
timePrecision   6;
runTimeModifiable yes;
adjustTimeStep  yes;// 采用自适应时间步，可能会加速计算，也可能造成时间步极小
maxCo           0.5;// CFL条件的Courant数, 一般<1, 设置一个小值会使计算结果更精确，但也减小了时间步长，增加了计算成本
maxAlphaCo        0.5;// 两相交界面上的最大Courant数
maxDeltaT       0.025;

【system\decomposeParDict】

numberOfSubdomains 2;// 并行区域分解数目
method          scotch;// 区域分解方法...

【system\fvSchemes】

// 指定控制方程中各项的有限体积法的离散格式
ddtSchemes  // 指定时间离散格式{default         Euler;// Euler法，一阶精度，条件稳定} 

gradSchemes  // 梯度项离散格式{default         Gauss linear;// 高斯定理，将网格中心的量插值到网格面上}// olaFlow 的算例中给出了几乎所有可能出现的项，具体算例可能不会包含全部项
divSchemes  // 对流项与散度项的离散格式， 将网格中心的量插值到网格面上，因此实际上选用的是interpolationSchemes{div(rhoPhi,U)  Gauss limitedLinearV 1;// Guass limitedLinear(一种TVD格式，使同时满足精度和有界) V类(采用限制器时考虑了流动方向)div(U)  Gauss linear;// 二阶精度，无界div((rhoPhi|interpolate(porosity)),U)  Gauss limitedLinearV 1;div(rhoPhiPor,UPor)  Gauss limitedLinearV 1;div(rhoPhi,UPor)  Gauss limitedLinearV 1;div(rhoPhiPor,U)   Gauss limitedLinearV 1;div(phi,alpha)  Gauss vanLeer;// Gauss vanLeer(一种TVD格式，使同时满足精度和有界)div(phirb,alpha) Gauss interfaceCompression;// 界面压缩格式，基于一般限制格式div((muEff*dev(T(grad(U))))) Gauss linear;div(phi,k)      Gauss upwind;// 一阶迎风格式，有界div(phi,epsilon) Gauss upwind;div((phi|interpolate(porosity)),k)      Gauss upwind;div((phi|interpolate(porosity)),epsilon) Gauss upwind;div(phi,omega) Gauss upwind;div((phi|interpolate(porosity)),omega) Gauss upwind;}

laplacianSchemes  // 拉普拉斯项离散格式{default         Gauss linear corrected;// Guass线性插值，corrected(显式的非正交网格修正)}

interpolationSchemes
{default         linear;// 线性插值格式}

snGradSchemes  // 面法向梯度格式{default         corrected;}

fluxRequired  // {default         no;
    p_rgh;
    pcorr;
    alpha.water;}

【system\fvSolution】

// 指定方程组矩阵求解器、残差以及其他算法控制
solvers
{"alpha.water.*"{
        nAlphaCorr      1;//
        nAlphaSubCycles 2;
        alphaOuterCorrectors yes;
        cAlpha          1;

        MULESCorr       no;
        nLimiterIter    3;

        solver          smoothSolver;// 求解器：光顺求解器。对称和非对称矩阵均适用
        smoother        symGaussSeidel;// 光顺器：对称Gauss-Seidel方法
        tolerance       1e-8;// 标准化残差
        relTol          0;// 相对残差，表征残差的递减量}"pcorr.*"// 压强校正量{
        solver          PCG;// 求解器：预处理共轭梯度法。仅适用于对称矩阵    
        preconditioner  DIC;// 预处理器：基于对角的不完全Cholesky预处理器
        tolerance       1e-5;
        relTol          0;}

    p_rgh
    {
        solver          PCG;
        preconditioner  DIC;
        tolerance       1e-07;
        relTol          0.05;}

    p_rghFinal  // 在求解p_rgh时可设置较大的残差，在最后一步设置严格的误差{
        $p_rgh;
        relTol          0;}

    U
    {
        solver          smoothSolver; 
        smoother        symGaussSeidel;
        tolerance       1e-06;
        relTol          0;}}// 离散方程组的分离式解法
PIMPLE   // SIMPLE 与 PISO 算法的耦合{
    momentumPredictor   no;
    nOuterCorrectors    1;// 值不大于1时，算法变为纯PISO算法；若大于1，为非定常SIMPLE算法
    nCorrectors         3;
    nNonOrthogonalCorrectors 0;}

relaxationFactors // 松弛方法，为降低数值波动{
    fields        // 表示需要使用松弛方法(显式)的变量{}
    equations     // 表示需要使用松弛方法(隐式)的方程{".*"1;}}

【system\setFieldsDict】

defaultFieldValues(
    volScalarFieldValue alpha.water 0// 初始化流体体积分数);regions(
    boxToCell
    {box(-10-1-1)(3010.4);fieldValues(
            volScalarFieldValue alpha.water 1// 将box范围内的流体设置为a = 1的相，即水深);});