03 OpenFOAM 各版本发布文档（1.7.x）

OpenFOAM 1.7.0

 

发布时间：2010年6月25日

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OpenCFD很高兴宣布推出开源CFD工具OpenFOAM的重大新版本1.7.0。新版本以两种形式发布：(1)为Ubuntu 10.04 LTS系统制作的Deb安装包；(2)供其他Linux系统编译的源代码。

该版本包含以下内容：

1. 应用程序

   新增、更新和演示了众多涉及多相流、传热与反应流（包含多孔区域）的应用程序，重点应用领域包括火灾模拟和风/大气流动，并提供了新的示例案例（如风力发电机选址）；为适应多相流、浮力流及热物理建模的新变化（详见下文），重构了多个求解器。

2. 后处理功能

   新增并优化了函数对象，支持实时计算几何体中单元格或面集上的场量空间平均值、求和值及极值（如平面通量计算），以及将体场量插值至曲面等功能；特别针对三角化曲面增强了采样功能；同步适配ParaView 3.8.0版本。

3. 边界条件

   为湍流模型实现了连续性壁面函数模型，为湍流流动配置了共轭传热条件，新增时变边界条件、新型速度入口与壁面条件（如旋流入口），以及风场/大气流动的入口与远场条件。

4. 多相流建模

   多相流与浮力流求解器现采用      而非静态压力      进行计算，以避免非正交与扭曲网格上压力力/浮力平衡的处理缺陷；同步改进了封闭域内的边界条件与压力参考基准。

5. 热物理建模

   通过热物理建模的改进，将部分求解器的热力学定义由总焓（含化学焓）重构为显焓。此项优化旨在更精准地处理部分预混或非预混燃烧系统的热力学问题，以及具有非单位路易斯数特征的系统。

6. 动网格

   实现了六自由度流固耦合刚体运动算法，配有多种约束模型（弹簧与阻尼器）及自由度约束条件（自由度缩减机制），可模拟漂浮物体、振荡机翼等运动现象。

7. 拉格朗日模型

   重构底层计算框架并建立新的变量组成结构，新增若干子模型用于喷射模拟、后处理、区域相互作用、蒸发过程及煤粉燃烧计算。

8. 直接模拟蒙特卡洛法

   扩展功能支持一维与二维平面仿真；新增混合扩散/镜面组合边界条件；开发壁面速度滑移、温度跃变及压力测量的新型算法。

9. 数值方法

   开发MULES算法，支持动网格子循环技术用于界面捕捉的VoF（流体体积法）计算；改进方程源项动态加载功能，运行时可根据输入字典在特定时间及网格单元区域内激活源项。

完整新特性列表如下：

1 概述

OpenFOAM-1.7.0 是包含 OpenCFD 开发版和 1.6.x 版本库新增功能的最新版本。该版本已通过标准测试，并全面检查了教程文档。若发现任何错误，请通过以下链接提交报告：https://openfoam.org/bugs。

2 GNU/Linux 版本

本次发布的 OpenFOAM 主要通过两种方式分发：(1) 包含二进制文件与源代码的 Deb 包；(2) 源代码版本库。

Ubuntu Deb 包适用于 10.04 LTS 操作系统的 32 位和 64 位版本，采用系统编译器及标准 Deb 包自动安装的库文件。

若需使用源代码版本，提供第三方软件包的源码压缩包，可在用户系统中进行编译。压缩包不含 gcc（系统安装版本通常已满足要求），但包含 paraview-3.8.0、openmpi-1.4.1、scotch_5.1、metis-5.0pre2、ParMetis-3.1 及 ParMGridGen-1.0。

3 库开发进展

为支持求解器和工具应用程序的功能扩展，已开展多项库功能开发。

3.1 核心库

• 实施大量代码优化与一致性改进以支撑其他开发工作

3.2 湍流模型

• 壁面函数边界条件：
• 新增连续壁面函数 mutWallFunction，
• 新增连续壁面函数 mutLowReWallFunction，
• 新增连续壁面函数 nutWallFunction，
• 新增连续壁面函数 nutLowReWallFunction，
• 基于k值的标准壁面函数，现重命名为 nutkWallFunction 和 mutkWallFunction，
• omegaWallFunction 现已包含层流混合函数。
• 共轭传热边界条件：
• 新增边界条件 turbulentTemperatureCoupledBaffleMixed，
• 新增边界条件 turbulentTemperatureCoupledBaffle。

3.3 热物理模型

为改进部分预混或非预混燃烧系统的热力学处理能力，以及处理路易斯数非1的系统，重新定义部分求解器的热力学模型，采用显焓而非总焓（包含化学焓）进行计算。

• 新增基于显焓 hs 和压缩性 psi 的热物理模型 hsPsiThermo，
• 新增基于 hs 和密度 rho 的热物理模型 hsRhoThermo，
• 新增基于 hs 和 psi 的燃烧混合物热物理模型 hsCombustionThermo，
• 新增基于 hs 和 psi 的混合物热物理模型 hsPsiMixtureThermo，
• 新增基于 hs 的复杂反应混合物热物理模型 hsReactionThermo。

3.4 直接模拟蒙特卡洛法

• 通过常规方式指定空域补丁，现已支持一维和二维平面仿真。
• 新增MixedDiffuseSpecular壁面边界条件。
• 新增压力场测量功能。
• 新增速度滑移与温度阶跃测量功能。

3.5 动网格

• 新增sixDoFRigidBodyDisplacement六自由度流体耦合刚体运动模型，该边界条件通过点位移场补丁应用于动态网格场景。运动模型可施加任意数量的约束器（弹簧与阻尼器）和约束条件（自由度缩减）。约束器包括linearAxialAngularSpring、linearSpring、sphericalAngularSpring及tabulatedAxialAngularSpring。约束条件涵盖fixedAxis、fixedLine、fixedOrientation、fixedPlane与fixedPoint。

3.6 数值方法

• 移动网格上的MULES算法现支持界面捕捉VOF（流体体积法）计算的子循环技术。
• 改进了TimeActivatedExplicitSource类，该类允许根据运行时输入字典，在特定时间段和网格cellZones区域内对方程施加源项。

4 求解器

针对多种工程应用开发了若干新型求解器。本次发布对特定类别的求解器进行了系列改进。

4.1 新增求解器

• fireFoam：用于火灾和湍流扩散火焰的瞬态求解器。
• rhoPorousMRFPimpleFoam：适用于可压缩流体层流或湍流流动的瞬态求解器，支持多孔介质和MRF（多参考系），专为暖通空调等类似应用设计。采用灵活的PIMPLE（PISO-SIMPLE）算法进行时间分辨和伪瞬态模拟。
• chtMultiRegionSimpleFoam：chtMultiRegionFoam 的稳态版本。
• porousSimpleFoam：针对隐含或显式多孔介质处理的不可压缩湍流流动的稳态求解器。
• interMixingFoam：用于三种不可压缩流体的求解器，其中两种可混溶，采用VoF（流体体积）方法捕捉界面。
• porousInterFoam：基于VoF相分数界面捕捉方法的两种不可压缩、等温不混溶流体求解器。
• simpleWindFoam：针对不可压缩湍流流动的稳态求解器，动量方程中包含外部源项（例如风力涡轮机近似）；位于教程中，附带 turbineSiting 测试案例。

4.2 多相流与浮力求解器的修改

• 多相流与浮力流动求解器现计算      而非静态压力     。该改动旨在避免非正交和扭曲网格上压力力与浮力平衡处理的缺陷。
• 改进封闭域中的边界条件与压力参考方法，以解决此前浮力流动压力分解尝试中出现的问题。
• 以下求解器已针对 p_rgh 进行了修改：fireFoam、buoyantBoussinesqPimpleFoam、buoyantBoussinesqSimpleFoam、buoyantPimpleFoam、buoyantSimpleFoam、chtMultiRegionFoam、chtMultiRegionSimpleFoam、compressibleInterDyMFoam、compressibleInterFoam、interDyMFoam、porousInterFoam、MRFInterFoam、interFoam、interPhaseChangeFoam、multiphaseInterFoam、settlingFoam、twoLiquidMixingFoam。

4.3 显焓求解器的修改

• 以下求解器调整为求解 hs（替代 h）：dieselEngineFoam、dieselFoam、reactingFoam、rhoReactingFoam、coalChemistryFoam、porousExplictSourceReactingParcelFoam、reactingParcelFoam。

4.4 稳态可压缩求解器的修改

• 通过限制密度（而非压力）确保热力学量的有界性。这一措施保持压力梯度与动量变化之间的一致性，从而改善收敛性。
• 从动量方程的对流项中移除Sp“有界性”修正。
• 以下求解器已应用此项修改：rhoSimpleFoam、buoyantSimpleFoam、chtMultiRegionSimpleFoam

4.5 其他修改

• 在chtMultiRegionFoam的时间步长修正中增加扩散数限制。
• 重新表述相变过程中的压力修正项，以保持cavitatingFoam中压力的有界性。

5 边界条件

新增边界条件以支持OpenFOAM中的新应用场景：

• 新增时变边界条件。
• 新增速度入口与壁面边界条件：cylindricalInletVelocity（圆柱入口速度）、swirlFlowRateInletVelocity（旋流流量入口速度）、translatingWallVelocity（平移壁面速度）。
• 新增风场/大气模拟专用边界条件：atmBoundaryLayerInletEpsilon（大气边界层入口湍流耗散率）、atmBoundaryLayerInletVelocity（大气边界层入口速度）、fixedShearStress（固定剪切应力）。

6 实用工具

本次更新新增并改进了若干实用工具。

6.1 新增工具

• foamToTecplot360：Tecplot二进制文件格式写入器。
• IFCLookUpTableGen：无限速化学(IFC)查询表生成器，可计算给定燃料的无限速化学关系与ft的函数关系。

6.2 改进工具

• gmshToFoam：适配msh2.1和2.2格式。
• snappyHexMesh：通过预平衡和非阻塞传输降低内存占用。
• blockMesh：优化样条边缘处理。
• setSet：支持faceZoneSet、cellZoneSet和pointZoneSet的操控。
• splitMeshRegions：增加仅基于现有cellZones进行拆分的选项。
• changeDictionary：允许在changeDictionaryDict中使用通配符。

7 后处理

后处理功能得到增强，重点扩展至函数对象这一实时后处理系统。

• 新增fieldValues函数对象：支持在几何体的单元或面集 合中对字段进行空间平均、求和、最小/最大值计算
• 新增surfaceInterpolateFields函数对象：按需将体字段转换为表面字段
• 新增sampledTriSurfaceMesh表面类型：用于表面采样函数对象
• 新增readFields函数对象：控制从时间目录加载字段以进行后续后处理

8 新教程

本次版本更新包含大量支持新求解器的新教程。

• combustion/fireFoam/les/smallPoolFire2D
• combustion/reactingFoam/ras/counterFlowFlame2D
• compressible/rhoPorousMRFPimpleFoam/mixerVessel2D
• heatTransfer/chtMultiRegionSimpleFoam/multiRegionHeater
• incompressible/pimpleDyMFoam/wingMotion
• incompressible/porousSimpleFoam/angledDuctExplicit
• incompressible/porousSimpleFoam/angledDuctImplicit
• incompressible/simpleWindFoam/turbineSiting
• lagrangian/porousExplictSourceReactingParcelFoam/parcelInbox
• lagrangian/porousExplictSourceReactingParcelFoam/verticalChannel
• multiPhase/interDyMFoam/floatingObject
• multiPhase/interMixingFoam/laminar/damBreak
• multiPhase/interPhaseChangeFoam/cavitatingBullet

OpenFOAM 1.7.1

OpenCFD宣布发布开源CFD工具箱OpenFOAM的1.7.1版本。新版本提供两种分发形式：(1) 为Ubuntu 10.04 LTS系统构建的Deb包；(2) 可在其他Linux系统上编译的源代码。该版本主要基于1.7.0版本开发，包含多项错误修复和功能更新，重点包括以下内容：

1. 编译器支持

   解决内存别名问题后，OpenFOAM-1.7.1现可使用gcc-4.5.0正确编译并优化。

2. 操作系统支持

   已验证OpenFOAM-1.7.1能在搭载系统自带gcc-4.5.0编译器的OpenSuSE-11.3上运行。关于OpenFOAM 1.7系列新功能的详细信息，参阅1.7.0版本发布声明。

3. 错误报告

   OpenFOAM-1.7.1发布同时启用了新版错误报告系统。有关1.7.1版本错误修复和变更的完整记录，请查看OpenFOAM提交历史（新窗口打开）。