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 [0 1 -1 0 0 0 0]; // 量纲 m/s
internalField uniform (0 0 0); // 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 (0 0 0); //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 (0 0 0);
}
bottom // 底部边界为固壁边界，边界上速度为零
{
type fixedValue;
value uniform (0 0 0);
}
atmosphere // 大气边界，允许空气流出和流入
{
type pressureInletOutletVelocity;
value uniform (0 0 0);
}
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 -2 0 0 0 0]; // 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 [0 0 0 0 0 0 0];
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 [0 1 -2 0 0 0 0];
value ( 0 0 -9.81 );
【constant\transportProperties】
phases (water air);
water
{
transportModel Newtonian;
nu [0 2 -1 0 0 0 0] 1e-06; // 流体运动粘度
rho [1 -3 0 0 0 0 0] 1000; // 流体密度
}
air
{
transportModel Newtonian;
nu [0 2 -1 0 0 0 0] 1.48e-05;
rho [1 -3 0 0 0 0 0] 1;
}
sigma [1 0 -2 0 0 0 0] 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 -0.02 0.0)
(10.0 -0.02 0.0)
(10.0 -0.02 0.7)
(0.0 -0.02 0.7)
(0.0 0.0 0.0)
(10.0 0.0 0.0)
(10.0 0.0 0.7)
(0.0 0.0 0.7)
);
blocks
(
hex (0 1 5 4 3 2 6 7) (500 1 70) simpleGrading (1 1 1)
);
edges
(
);
patches
(
patch inlet // 造波边界
(
(0 4 7 3)
)
patch outlet // 消波边界
(
(1 5 6 2)
)
wall bottom // 水槽底部边界
(
(0 1 5 4)
)
patch atmosphere // 大气边界
(
(3 2 6 7)
)
empty frontAndBack // 水槽侧面边界
(
(0 1 2 3)
(4 5 6 7)
)
);
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) (30 1 0.4);
fieldValues
(
volScalarFieldValue alpha.water 1 // 将box范围内的流体设置为a = 1的相，即水深
);
}
);