OpenFOAM

OpenFOAM 中的热物理类之添加新模型

本篇探讨如何增加一个新的热物理模型。

有了前面的基础，增加一个模型应该不在话下了，这里给出一个例子。
关键在调用 makeThermo 宏函数，来将各个子模型组合起来，形成一个新的热物理模型，并添加到合适的 hashTable 里。

这里只看看怎么来增加状态方程模型，transport 模型（描述黏度 随温度的变化），thermo 模型（描述 cp 随温度的变化），energy 模型。将 perfectGas， constTransport， hConstThermo，以及 sensibleInternalEnergy 拷贝出来到一个目录下，并分别重命名为 my+原始模型名 的形式。同时，修改各个模型的typeName，比如， perfectGas 修改为 myperfectGas， myperfectGas.H 的 typeName 修改为：

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static word typeName()
{
    return "myperfectGas<" + word(Specie::typeName_()) + '>';
}

注意，这里 typeName 一定要改，否则，将在运行算例的时候，出现 duplicate entry 的错误，根本原因在于，将模型添加到 hashTable 的时候，hashTable 的 key 是由 typeName 组合而成的，如果新模型使用了跟旧模型一样的 typeName 就可能会在 hashTable 出现两个一个一样的 key，即 duplicate entry。

然后，将 src/thermophysicalModels/basic/rhoThermo 目录下的 rhoThermos.C 拷贝到新模型所在目录下，并修改为：

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#include "rhoThermo.H"
#include "makeThermo.H"

#include "specie.H"
#include "perfectGas.H"
#include "myperfectGas.H" // 新加的
#include "incompressiblePerfectGas.H"
#include "rhoConst.H"
#include "perfectFluid.H"
#include "PengRobinsonGas.H"
#include "adiabaticPerfectFluid.H"

#include "hConstThermo.H"
#include "myhConstThermo.H" // 新加的
#include "janafThermo.H"
#include "sensibleEnthalpy.H"
#include "sensibleInternalEnergy.H"
#include "mysensibleInternalEnergy.H" // 新加的
#include "thermo.H"

#include "constTransport.H"
#include "myconstTransport.H" // 新加的
#include "sutherlandTransport.H"

#include "icoPolynomial.H"
#include "hPolynomialThermo.H"
#include "polynomialTransport.H"

#include "heRhoThermo.H"
#include "pureMixture.H"

// * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * //

namespace Foam
{

makeThermo
(
    rhoThermo,
    heRhoThermo,
    pureMixture,
    myconstTransport,
    mysensibleInternalEnergy,
    myhConstThermo,
    myperfectGas,
    specie
);

} // End namespace Foam

注意，头文件里有四个是新加的。 makeThermo 宏只调用了一次，即这里只增加了一个模型。其他的组合当然也是可以的，比如像这样

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makeThermo
(
    rhoThermo,
    heRhoThermo,
    pureMixture,
    constTransport,
    sensibleInternalEnergy,
    hConstThermo,
    myperfectGas,
    specie
);

灵活组合就好了。

最后，将 src/thermophysicalModels/basic 目录下的 Make 拷贝到新模型所在目录下。并将 files 和 options 如下：

  • files

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    rhoThermos.C

    LIB = $(FOAM_USER_LIBBIN)/libMyTestfluidThermophysicalModels

  • options

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    EXE_INC = \
        -I$(LIB_SRC)/finiteVolume/lnInclude \
        -I$(LIB_SRC)/thermophysicalModels/specie/lnInclude \
        -I$(LIB_SRC)/thermophysicalModels/basic/lnInclude \
        -I$(LIB_SRC)/meshTools/lnInclude 


    LIB_LIBS = \
        -lfiniteVolume \
        -lspecie \
        -lfluidThermophysicalModels

注意，这里也作了修改， EXE_INC 里增加了 -I$(LIB_SRC)/thermophysicalModels/basic/lnInclude \ ； LIB_LIBS 里增加了两条： -lspecie 和 -lfluidThermophysicalModels 。

有了这些，就万事具备了，下面给出一个目录树：

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├── const
│   ├── myconstTransport.C
│   ├── myconstTransport.H
│   └── myconstTransportI.H
├── hConst
│   ├── myhConstThermo.C
│   ├── myhConstThermo.H
│   └── myhConstThermoI.H
├── Make
│   ├── files
│   └── options
├── perfectGas
│   ├── myperfectGas.C
│   ├── myperfectGas.H
│   └── myperfectGasI.H
├── rhoThermos.C
└── sensibleInternalEnergy
    └── mysensibleInternalEnergy.H

运行 wmake libso，就能编译得到一个新的库了。

那么怎么调用新增的模型呢？分两步：

  1. 修改 controlDict，增加一条 libs ( "libMyTestfluidThermophysicalModels.so" );
  2. 修改 constant/thermophysicalProperties，改为如下
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    thermoType
    {
        type            heRhoThermo;
        mixture         pureMixture;
        transport       myconst;
        thermo          myhConst;
        equationOfState myperfectGas;
        specie          specie;
        energy          mysensibleInternalEnergy;
    }

    pRef            100000;

    mixture
    {
        specie
        {
            nMoles          1;
            molWeight       28.9;
        }
        thermodynamics
        {
            Cp              1000;
            Hf              0;
        }
        transport
        {
            mu              1.8e-05;
            Pr              0.7;
        }
    }

这样改好以后，新模型就会被调用了。当运行求解器的时候出现如下内容，

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Reading thermophysical properties

Selecting thermodynamics package 
{
    type            heRhoThermo;
    mixture         pureMixture;
    transport       myconst;
    thermo          myhConst;
    equationOfState myperfectGas;
    specie          specie;
    energy          mysensibleInternalEnergy;
}
.......
.......

就表示新模型调用成功了。

最后提醒一下，这里的测试，只是将原有模型原封不动地拷贝出来了，只是改了 tpeName。实际应用场景肯定会比这个复杂，这里只是给出一个最基本的流程来供大家参考。