一种移植FENE-P模型构建OpenFOAM求解器的方法技术

本发明专利技术提出了一种移植FENE

【技术实现步骤摘要】
一种移植FENE
‑
P模型构建OpenFOAM求解器的方法


[0001]本专利技术涉及湍流理论与模拟、计算流体力学领域，是一种移植FENE
‑
P模型构建OpenFOAM求解器方法。

技术介绍

[0002]作为经典物理学中最后一个未被解决的问题，湍流问题一直深深的吸引着众多科研工作者。当前湍流研究可分为数值模拟计算和实验两个大的方向。而数值模拟又可分为直接数值模拟、雷诺平均方法以及大涡模拟。对于数值模拟而言，目前的选择可以是用商业软件(如：Fluent)或者是开源软件(如：OpenFOAM)进行科学计算。
[0003]计算流体力学(CFD)是通过数值方法求解流体力学控制方程，得到流场的离散定量描述，并以此预测流体运动规律的学科。
[0004]精细化可扩展的非线性弹性(FENE
‑
P)模型最初是基于弹性哑铃表示聚合物分子而开发的，每个分子的端到端向量自然地与构象张量相关，因此这一类模型的本构方程经常作为构象张量的函数来编写和处理。
[0005]现有的开源CFD软件对于成熟的商业软件相对固定，用户的自由度不高，对于求解器的构建方式不能适应的用户的需要。同时，现有技术对于湍流研究问题上的研究突破尚少。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供了一种移植FENE
‑
P模型构建OpenFOAM求解器方法，总结出一套迁移本构模型代码至rheoTestFoam上构建全新求解器，从而进行本构模型验证的流程方法，以此实现快速本构模型的验证，为研究湍流进行流体力学计算的下一步工作奠定基石。
[0007]为了达到上述目的，在本专利技术提供了一种移植FENE
‑
P模型构建OpenFOAM求解器的方法，其特征在于，包括：
[0008]S1、对FENE
‑
P模型的源代码进行选取，确认FENE
‑
P模型的本构方程对应的代码；
[0009]S2、修改rheoTeatFoam的TEqn.H，将FENE
‑
P模型的本构方程对应的代码移植到TEqn.H；
[0010]S3、修改rheoTeatFoam的creatFields.H，定义新的变量如：步骤S13中的变量TensorA、lambda1、L_2等)、注释无关变量(即源程序中所含有的变量，如：A、lambda、L等)；
[0011]S4、选定环境进行编译，确定OpenFOAM求解器编译的位置；
[0012]S5、编译完成后对OpenFOAM求解器进行验证。
[0013]进一步地，所述步骤S1，具体包括：
[0014]S11、确定FENE
‑
P模型的本构方程，FENE
‑
P模型的本构方程如下所示：
[0015][0016]其中τ是额外应力，tr(τ)为应力τ的迹，L为聚合物的最大拉伸，为应力的物质导数，则为速度散度的转置，η
p
是聚合物粘度，表示求物质导数，I为单位张量；
[0017]S12、确认所述方程每一项所对应的代码；
[0018]S13、组合成一个完整的符合OpenFOAM编程语法的FENE
‑
P模型的本构方程代码。
[0019]进一步地，所述步骤S2，具体为：
[0020]将所述一个完整的符合OpenFOAM编程语法的FENE
‑
P模型的本构方程代码移植到rheoTestFoam求解器上，通过编译的方式来形成一个求解器。
[0021]进一步地，所述步骤S3，具体步骤为：
[0022]对所述一个完整的符合OpenFOAM编程语法的FENE
‑
P模型的本构方程代码的变量进行定义，以及需要定义rheoTestFoam原始功能所涉及的速度场变量。
[0023]进一步地，所述步骤S4，具体为：安装适应不同版本OpenFOAM的环境，选取环境，构建FENE
‑
P求解器，比如：需要指定需要调用的gcc、PETSC、slepc、cmake版本和相应位置，从而构建FENE
‑
P求解器。
[0024]进一步地，所述FENE
‑
P求解器只能在编译的环境下被调用。
[0025]进一步地，所述OpenFoam求解器的修改方式为编辑Make/files，将所述OpenFoam求解器名称改为FENE
‑
P。
[0026]进一步地，所述S5的具体验证方法分为线性和非线性，验算标准场的拉伸和剪切的条件下，相应公式为：
[0027][0028][0029]其中，公式中出现的下标e和s分别表示的是extend与shear，ε为验算时所选取的应变率，σ
xx
和σ
yy
为张量σ的两个元素。
[0030]进一步地，所述张量σ有9个元素，表示如下：
[0031][0032]其中，x、y、z表示为矢量的三个分量，此处的σ为张量具有9个元素，其分量分别以公式中所示的xx、yy等分量名来表示。
[0033]进一步地，对rheoTestFoam与FENE
‑
P求解器在所述标准场的拉伸和剪切的条件下的拉伸粘度和剪切粘度生成的数据图对比，判断FENE
‑
P求解器是否构建成功。
[0034]本专利技术的有益技术效果至少在于以下几点：
[0035](1)本专利技术的一种移植FENE
‑
P模型构建OpenFOAM求解器的方法，给予用户极大的
自由度，用户可以根据自身需求构建求解器；
[0036](2)通过一套迁移本构模型代码至rheoTestFoam上构建全新求解器，从而进行本构模型验证的流程方法，以此实现快速本构模型的验证，为研究湍流进行流体力学计算的下一步工作奠定基石。
附图说明
[0037]利用附图对本专利技术作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本专利技术的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
[0038]图1为本专利技术一种移植FENE
‑
P模型构建OpenFOAM求解器的方法流程图。
[0039]图2为本专利技术wi＝0.1时非线性构建的FENE
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P求解器与rheoTestFoam生成数据的对比验证实施例图。
[0040]图3为本专利技术wi＝10时线性构建的FENE
‑
P求解器与rheoTestFoam生成数据的对比验证实施例图。
具体实施方式
[0041]下面对本专利技术的具体实施方案进行描述，以便于本
的技术人员理解本专利技术，但应该清楚，本专利技术不限于具体实施方式的范围，对本
的普通技术人员来讲，只要各种变化再所附的权利要求限定和确定的本专利技术的精神和范围内，这些变化是本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种移植FENE
‑
P模型构建OpenFOAM求解器的方法，其特征在于，包括：S1、对FENE
‑
P模型的源代码进行选取，确认FENE
‑
P模型的本构方程对应的代码；S2、修改rheoTeatFoam的TEqn.H，将FENE
‑
P模型的本构方程对应的代码移植到TEqn.H；S3、修改rheoTeatFoam的creatFields.H，定义新的变量、注释无关变量；S4、选定环境进行编译，确定OpenFOAM求解器编译的位置；S5、编译完成后对OpenFOAM求解器进行验证。2.根据权利要求1所述的一种移植FENE
‑
P模型构建OpenFOAM求解器的方法，其特征在于，所述步骤S1，具体包括：S11、确定FENE
‑
P模型的本构方程，FENE
‑
P模型的本构方程如下所示：其中τ是额外应力，tr(τ)为应力τ的迹，L为聚合物的最大拉伸，为应力的物质导数，则为速度散度的转置，η
p
是聚合物粘度，表示求物质导数，I为单位张量；S12、确认所述方程每一项所对应的代码；S13、组合成一个完整的符合OpenFOAM编程语法的FENE
‑
P模型的本构方程代码。3.根据权利要求2所述的一种移植FENE
‑
P模型构建OpenFOAM求解器的方法，其特征在于，所述步骤S2，具体为：将所述一个完整的符合OpenFOAM编程语法的FENE
‑
P模型的本构方程代码移植到rheoTestFoam求解器上，通过编译的方式来形成一个求解器。4.根据权利要求3所述的一种移植FENE
‑
P模型构建OpenFOAM求解器的方法，其特征在于，所述步骤S3，具体步骤为：对所述一个完整的符合OpenFOAM编程语法的FENE
‑
P模型的本构方程代码的变量进行定义，以及定义rh...

【专利技术属性】
技术研发人员：张鑫桂，陈韬，洪卓，梁远飞，冯炜亮，袁学锋，
申请(专利权)人：广州大学，
类型：发明
国别省市：