Как решать задачи моделирования течений со свободной поверхностью в OpenFOAM® 4.1

Преподаватель: Виктория Корчагова, ИСП РАН (Россия).

Сложность модуля: Средняя.

Тип модуля: Лекция с примерами.

Программное обеспечение: OpenFOAM 4.1, OpenFOAM 3.0.x.

Разработчики модуля: В. Корчагова, Россия.

Язык презентации: English.

Описание:

В связи с изменениями, внесёнными в OpenFOAM версий 2.3+ в численную схему для расчёта течений с межфазной поверхностью, важно понимать, каким образом правильно настроить параметры численной схемы в разных версиях программного комплекса и как эти настройки влияют на получаемое решение. Целью данного учебного курса является анализ настроечных параметров решателя interFoam для корректного решения задачи моделирования течения со свободной поверхностью.

Первая часть занятия представляет собой лекцию о внутренней структуре решателя interFoam и о математической модели, заложенной в нем. Во второй части занятия преподаватель вместе со слушателями выполняет тестовые задачи и анализирует полученные результаты. В качестве тестовых примеров рассматриваются задачи моделирования водосброса (Spillway) и неустойчивости Рэлея-Тэйлора (см. рис. ниже).

spillway-problem-statement

rt-problem-statement

План учебного курса выглядит следующим образом.

  2. Введение: актуальность задач моделирования течений со свободной поверхностью; обзор ключевых моментов учебного курса (почему основное внимание уделяется граничным условиям, используемым в OpenFOAM).
  3. Описание математической модели течения жидкости со свободной поверхностью.
  4. Обзор принципов работы и внутренней структуры решателя interFoam.
  5. Описание базового тестового примера модели водосброса «Spillway».
  6. Этапы настройки и запуска базового кейса «Spillway» для решения задачи водосброса жидкости средствами OpenFOAM версии 4.1:
    1. построение базовой сетки: утилита blockMesh и настроечный файл blockMeshDict;
    2. формирование сетки для 2D-задачи в области с геометрией сложной формы: утилиты snappyHexMesh и extrudeMesh;
    3. настройка граничных условий для гидродинамических величин (объёмная доля жидкости, скорость, давление);
    4. настройка начального распределения жидкости в расчетной области: утилита setFields, файл setFieldsDict;
    5. настройка численных схем и параметров запуска: файлы controlDict, fvSchemes и fvSolution;
    6. запуск interFoam, сопоставление результатов, полученных в различных версиях OpenFOAM; результаты зафиксированы на видеоролике (см. ниже).
  7. Закрепление пройденного: моделирование гидродинамической неустойчивости Рэлея-Тэйлора. Результат расчета зафиксирован в видеоролике (см. ниже).
  8. Подведение итогов и обсуждение.

res-spillway

res-rt

После проведения расчётов будут получены поля гидродинамических величин (скорость, давление и объёмная доля жидкой фазы) для задач неустойчивости Рэлея-Тэйлора и водосброса (Spillway). Изменение этих величин во времени представлено в анимационных роликах ниже.

Слушателям будет предложено выполнить указанные выше шаги самостоятельно в процессе учебного курса. Исходные данные для задачи моделирования водосброса приводятся здесь.

Учебные материалы находятся в свободном доступе и могут быть загружены с ресурса github.com:

Для OpenFOAM 4.1 — https://github.com/unicfdlab/TrainingTracks/tree/master/OpenFOAM/freeSurfaceFlows-0F4.1

Для OpenFOAM 3.0.0 — https://github.com/unicfdlab/TrainingTracks/tree/master/OpenFOAM/freeSurfaceFlows-0F3.0.0