openFoam旋转机械propeller案例教程
1 简介
以of10版本下官方算例propeller作为介绍，从模型、网格、计算和后处理进行详细描述。关于ESI版本（如openfoam2206）可参考最后第6部分
位于tutorials/incompressible/pimpleFoam/RAS/propeller
2 模型
propeller算例由4个模型组成，其作用分别为：
（1）propeller：几何模型
（2）propeller-innerCylinder：用于创建rotationZone
（3）propeller-middleCylinder:用于网格加密
（4）propeller-outerCylinder：螺旋桨的流体域
3 网格划分
propeller算例采用snappyHexMesh对网格进行划分，其步骤及结果如下：
（1）blockMesh生产背景网格
（2）surfaceFeatures提取面和几何特征
surfaceFeatures指令需要提前在surfaceFeaturesDict文件中定义需要提取的几何文件，如下所示：
surfaces
(
"propeller-innerCylinder.obj"
"propeller-outerCylinder.obj"
"propeller.obj"
);
includedAngle 150;
trimFeatures
{
minElem 10;
}
surfaceFeaturesDict中定义了提取inner、outerCylinder和propeller三个文件的几何特征。运行surfaceFeatures指令后，会在算例文件canstant/extendedFeatureEdgeMesh下生成三个几何文件的extendedFeatureEdgeMesh文件。
（3）decomposePar -noFields分块计算
decomposePar指令会将模型根据decomposeParDict字典文件中的分块策略对模型进行分块，用于分块网格划分和计算，Dict文件如下：
numberOfSubdomains 8; //将模型分成8块
method hierarchical; //分块方法
hierarchicalCoeffs
{
n (2 2 2); //xyz方向各2块
order xyz;
}
默认运行decomposePar指令是将网格和场同时进行分块，算例执行的指令是decomposePar -noFields，-noFields意思是仅仅对几何进行分块，其目的是用于后续snappyHexMesh。
（4）mpirun -np 8 snappyHexMesh -parallel
网格划分这里就不再赘述，这里需要注意一点：算例的进出口边界条件，即进口inlet patch和出口outlet patch定义在propeller-outerCylinder.obj几何文件中，通过定义在snappyHexMeshDict文件中字典，实现patch的命名：
outerCylinder
{
level (0 0);
regions
{
inlet
{
level (0 0);
patchInfo
{
type patch;
}
}
outlet
{
level (0 0);
patchInfo
{
type patch;
}
}
}
}
（5）mpirun -np 8 createBaffles -overwrite -parallel
网格划分好之后就可以对网格和交界面以及边界面进行处理，由于该算例的几何文件中并没有创建螺旋状旋转交界面，因此需要使用createBaffles指令来生成动静交界面，createBaffles指令需要定义Dict文件，如下所示。
internalFacesOnly true;
baffles
{
nonCouple
{
type faceZone; //创建baffles的方法为通过面域生成
zoneName innerCylinder; //面域为inner几何体
patches //baffles对应的patch名字
{
owner
{
name nonCouple1;
type patch;
}
neighbour
{
name nonCouple2;
type patch;
}
}
}
}
结果如下图所示：
（6）mpirun -np 8 splitBaffles -overwrite -parallel
事实上createBaffles只是创建了一个Baffles即动静交界面，还需要执行split命令使其网格独立出来，这里不需要Dict文件。
（7）mpirun -np 8 createNonConformalCouples -overwrite nonCouple1 nonCouple2 -parallel
创建动静交界面。
（8）decomposePar -fields -copyZero
-fields :仅利用现有几何拆分文件和转换场；
-copyZero:复制0文件到每个块内而不是分解场。
（9）网格划分结果
注意：如不进行并行计算，snappyHexMesh后可以执行reconstructParMesh -constant。
4 模型初始化及边界条件定义
（1）边界条件设置
边界条件设置比较简单，重点介绍一下其中一个边界条件设置：
movingWallVelocity：该类型通常用于moving网格中的movingWal，根据网格的移动会自动修正通量值，这样保障了网格移动以后通过壁面的总通量为0。将movingWall设置成期望的速度，这里用$internalField，即0；
（2）动网格设置dynamicMeshDict
螺旋桨的转动在dynamicMeshDict字典中定义。
mover
{
type motionSolver;
libs ("libfvMeshMovers.so" "libfvMotionSolvers.so");
motionSolver solidBody;
cellZone innerCylinder;
solidBodyMotionFunction rotatingMotion;
origin (0 0 0);
axis (0 1 0);
omega 158; // rad/s
（3）fvSchemes数值离散设置
fvSchemes文件用来设置离散格式，凡是求解器里面出现的方程，都需要在这里面设置离散格式。一般默认即可。
（4）fvSolution方程求解器、残差、算法控制
默认即可。
（5）controlDict全局控制
application pimpleFoam;
startFrom startTime;//还有firstTime和lastestTime
startTime 0;
stopAt endTime;
endTime 0.005;
deltaT 1e-5; //时间步长
writeControl adjustableRunTime; //输出设置
writeInterval 0.001; //每0.001s输出1个文件
////- For testing with moveMesh
//deltaT 0.01;
//writeControl timeStep;
//writeInterval 1;
purgeWrite 0; //循环写入数据方式
writeFormat binary; //输出二进制文件
writePrecision 6;
writeCompression off; //数据压缩
timeFormat general; //文件时间步命名
timePrecision 6;
runTimeModifiable true;
adjustTimeStep yes; //是否开启可调节时间步长
maxCo 2; //最大库郎数
functions //需要添加的函数
{
#includeFunc Q //计算Q值
#include "surfaces"
#include "forces"
}
5 后处理
对于水泵、水轮机、风机的性能计算（以及在许多其他情况下），通常需要关于压降、流量和功率的数据。如果计算空化问题，还需要获得压力的最大值和最小值，同时最大值和最小值速度也可以说明收敛或数值问题。所有这些值最好在运行时计算，因此最好如下所示定义controlDict.functionObjects：
1）转矩
forces
{
type forces;
libs ("libforces.so");
writeControl timeStep;
timeInterval 1;
log yes;
patches ("propeller.*");
rho rhoInf; // Indicates incompressible
log true;
rhoInf 998; // Redundant for incompressible
CofR (0 0 0); // Rotation around centre line of propeller
pitchAxis (0 1 0);
}
6 关于ESI版本的openfoam（如openfoam2206）
对于ESI版本的propeller算例，原理都是一样的，如openfoam2206官方算例的做法是，通过topoSet的方式生成cyclicAMI、inlet和outlet的faceset，然后用createPatchDict将这些faceset定义为patch。
实际上，在openfoam2206中也能采用上面of10的方法，先通过snappyHexMesh生成网格，利用propeller-innerCylinder.obj生成facezone，然后输入以下指令：
（1）createBaffles//生成cyclicAMI
（2）mergeOrSplitBaffles -split -overwrite//生成动静交界面
（3）renumberMesh -overwrite
