T)- fvm::laplacian(DT

simpleFoam是一个稳态流动求解器，可以求解层流与湍流流动问题。但该求解器中并不包含温度场的计算。本文描述在simpleFoam求解器基础上中添加温度场求解功能，将其改造为新求解器TsimpleFoam的基本过程。

内容参考：https://www.cfd-online.com/Forums/openfoam-programming-development/84480-adding-temperature-simplefoam.html

1 求解器改造利用下面的命令拷贝icoFoam源代码

cd $FOAM_SOLVERS/incompressiblemkdir -p $WM_PROJECT_USER_DIR/applications/solverscp -r icoFoam $WM_PROJECT_USER_DIR/applications/solvers/TsimpleFoamcd $WM_PROJECT_USER_DIR/applications/solvers/TsimpleFoam# 删除多余的求解器文件rm -r SRFSimpleFoam porousSimpleFoam/mv simpleFoam.C TsimpleFoam.C

处理完毕后，icoTempFoam文件夹中的文件组织结构如下图所示。

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修改Make/files文件

文件内容修改为：

TsimpleFoam.CEXE = $(FOAM_APPBIN)/TsimpleFoam

修改createFields.H文件

在createFields.H文件中添加必须的场数据读取。这里需要添加热扩散系数DT与温度场T。

添加以下代码增加DT：

// 添加热扩散系数DTdimensionedScalar DT{    "DT"，    dimViscosity，    transportProperties.lookup("DT")};

添加以下代码增加温度场T的读写：

//===增加温度场T===================Info<< "Reading field T\n" << endl;volScalarField T(    IOobject    (        "T"，        runTime.timeName()，        mesh，        IOobject::MUST_READ，        IOobject::AUTO_WRITE    )，    mesh);//==============================

修改TsimpleFoam.C文件

增加以下温度场求解功能。

//============增加温度求解功能====fvScalarMatrix TEqn(    fvm::ddt(T)+ fvm::div(phi，T)- fvm::laplacian(DT，肇东市嘉南食品有限公司T));TEqn.relax();TEqn.solve();//===============================

编译求解器

wmake

如下图所示编译过程中没有出现错误提示的话， 企业-能美纳肥料有限公司即表示编译成功。

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2 测试求解器

利用simpleFoam官方算例pitzDaily进行测试。

runcp -r $FOAM_TUTORIALS/incompressible/simpleFoam/pitzDaily .mv pitzDaily testCasecd testCase/

删除多余的文件， 江苏舜天国际集团五金矿产有限公司最终剩下的文件结构如下所示。

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2.1 修改constant文件夹修改transportProperties文件

文件内容修改为：

FoamFile{    version     2.0;    format      ascii;    class       dictionary;    location    "constant";    object      transportProperties;}// * * * * * * * * * * * * * * * * * * // transportModel  Newtonian; nu              [0 2 -1 0 0 0 0] 1e-05;DT              [0 2 -1 0 0 0 0] 3e-6;

这里的DT为热扩散系数：

其中，为热传导系数；为定压比热容。

修改momentumTransport文件

采用层流计算。

FoamFile{    version     2.0;    format      ascii;    class       dictionary;    location    "constant";    object      momentumTransport;}// * * * * * * * * * * * * * * * * * //// 采用层流计算simulationType laminar; RAS{    // Tested with kEpsilon， realizableKE，公司简介    // kOmega， kOmegaSST， v2f，    // ShihQuadraticKE， LienCubicKE.    model           kEpsilon;    turbulence      off;    printCoeffs     on;}

2.2 设置0文件夹

在0文件夹下增加一个T文件。

cp 0/p 0/T

修改T文件内容，如下所示。

FoamFile{    version     2.0;    format      ascii;    class       volScalarField;    object      T;}// * * * * * * * * * * * * * * * * * * * //// 注意修改温度的单位dimensions      [0 0 0 1 0 0 0];internalField   uniform 300; boundaryField{    inlet    {        type            fixedValue;        value           uniform 300;    }     outlet    {        type            zeroGradient;    }     upperWall    {        type            fixedValue;        value           uniform 350;    }     lowerWall    {        type            fixedValue;        value           uniform 320;    }     frontAndBack    {        type            empty;    }}

2.3 修改system文件夹

利用命令foamGet residuals往system文件夹中添加residuals文件。

residuals文件

在residuals文件中添加温度T的输出。

fields (p U T);

controlDict文件

文件内容如下所示。

FoamFile{    version     2.0;    format      ascii;    class       dictionary;    location    "system";    object      controlDict;}// * * * * * * * * * * * * * * * * * // application     TsimpleFoam;startFrom       startTime;startTime       0;stopAt          endTime;endTime         1000;deltaT          1;writeControl    timeStep;writeInterval   100;purgeWrite      0;writeFormat     ascii;writePrecision  6;writeCompression off;timeFormat      general;timePrecision   6;runTimeModifiable true;functions{    #includeFunc residuals}

fvSchemes文件

fvSchemes文件中指定离散方法。文件内容如下所示。

FoamFile{    version     2.0;    format      ascii;    class       dictionary;    location    "system";    object      fvSchemes;}// * * * * * * * * * * * * * * * * * * * // ddtSchemes{    default         steadyState;} gradSchemes{    default         Gauss linear;} divSchemes{    default         none;    div(phi，U)      bounded Gauss linearUpwind grad(U);    div(phi，k)      bounded Gauss limitedLinear 1;    div(phi，epsilon) bounded Gauss limitedLinear 1;    div(phi，omega)  bounded Gauss limitedLinear 1;    div(phi，v2)     bounded Gauss limitedLinear 1;    div((nuEff*dev2(T(grad(U))))) Gauss linear;    div(nonlinearStress) Gauss linear;     div((nuEff*dev(grad(U).T()))) Gauss linear;       div(phi，T) Gauss upwind;} laplacianSchemes{    default         Gauss linear corrected;    laplacian(DT，T) Gauss linear corrected;} interpolationSchemes{    default         linear;} snGradSchemes{    default         corrected;} wallDist{    method meshWave;}

fvSolutions文件

该文件修改为：

FoamFile{    version     2.0;    format      ascii;    class       dictionary;    location    "system";    object      fvSolution;}// * * * * * * * * * * * * * * * * * * * // solvers{    p    {        solver          GAMG;        tolerance       1e-06;        relTol          0.01;        smoother        GaussSeidel;    }     T    {        solver          smoothSolver;        smoother        GaussSeidel;        tolerance       1e-07;        relTol          0.01;    }     U    {        solver          smoothSolver;        smoother        symGaussSeidel;        tolerance       1e-05;        relTol          0.01;    }} SIMPLE{    nNonOrthogonalCorrectors 1;    consistent      yes;     residualControl    {        p               1e-3;        U               1e-3;        T               1e-6;        }} relaxationFactors{    equations    {        T               0.9;        U               0.7; // 0.9 is more stable but 0.95 more convergent        p               0.3; // 0.9 is more stable but 0.95 more convergent    }}

2.4 迭代计算

使用前面编译的求解器TsimpleFoam进行计算。

blockMeshTsimpleFoam

计算迭代869次后达到收敛。

图片

计算时可以查看残差。

foamMonitor -l postProcessing/residuals/0/residuals.dat

残差如下图所示。

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2.5 计算结果温度场分布

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速度场分布

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