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Ciudad Real Numérica 2015 http://matematicas.uclm.es/crn2015/

Introducción a OpenFoam

Presentación general de OpenFoam

E. Martín

Mecánica de Fluidos. Universidad de Vigohttp://webs.uvigo.es/emortega/

Organización del Minitutorial

Introducción a OpenFoam:• Enlaces de interés• ¿Qué es?• Capacidades• Estructura del código• Estructura de carpetas y archivos de cada caso

Ejercicios prácticos• Flujo isotermo incompresible en una cavidad 2D

Visualización de resultados con paraview• Flujo isotermo en el interior de un codo 2D• Flujo isotermo en el interior de un codo 3D

Enlaces de interés

• Página web oficial de OpenFOAM:http://www.openfoam.com/

• Wiki no oficial sobre OpenFOAM :http://openfoamwiki.net/index.php/Main_Page

• PhD course in CFD with Open Source software:http://www.tfd.chalmers.se/~hani/kurser/OS_CFD_2009/

• OpenFOAM-extendhttp://sourceforge.net/projects/openfoam-extend/

• CFD Online: http://www.cfd-online.com/Foro de discusión sobre OpenFOAM en CFD Online :

http://www.cfd-online.com/Forums/openfoam/Links on-line de modelos de turbulencia

http://www.cfd-online.com/Wiki/Turbulence_modeling

¿Qué es OpenFoam?

OPENFOAM® (Open Field Operation And Manipulation) es una herramienta desimulación numérica basada en esquemas de volúmenes finitos (básicamente, se tratade una biblioteca de utilidades para implementar un esquema de volúmenes finitos)especialmente orientada para la simulación numérica en mecánica de fluidos (cfd).

Es un código de software libre (con acceso, por tanto, al código fuente) programado en C++ y producido por opencfd ltd.

OPENFOAM® es capaz de resolver tanto flujos sencillos como complejos (incluyendo flujos turbulentos, fenómenos de transferencia de calor y reacciones químicas), así como problemas en otros campos (como problemas electromagnéticos).

Una de las principales ventajas, al margen de su flexibilidad, es su capacidad para serejecutado en paralelo. La implementación del cálculo distribuido (basada en el uso dempi y directamente explotable por parte de procesadores multinúcleo, clúster o redes deordenadores) no añade ninguna dificultad al usuario, por lo que la capacidad de cálculodel código está únicamente limitada por el hardware disponible

¿Qué es OpenFoam?

OpenFOAM es una librería de archivos en C++, usada principalmente para crearexecutables, conocidas como applications. Las aplicaciones pueden ser de dos tipos:• solvers, diseñados para resolver problemas específicos de medios continuos;• utilities, diseñadas para ejecutar tareas que involucran manipulación de datos

Una de las fortalezas de OpenFOAM es que cada usuario puede crear nuevos solvers yutilities siempre que tenga un conocimiento previo de la física involucrada y técnicas deprogramación.

OpenFOAM se instala con herramientas adicionales para el pre- y post-procesado de losresultados.

Se instala en sistemas operativos Linux (ver en www.openfoam.com detalles sobre lainstalación).

No existe instalación para Windows. En este caso es necesario instalarlo como unamáquina virtual

Instalación en S.O. Windows• Bajar e instalar la máquina virtual para sistema operativo Windows:

http://www.oracle.com/technetwork/es/server-storage/virtualbox/downloads/index.html

• Una vez instalada la máquina virtual, ejecutadla, e ir a:

archivo >> importar servicio actualizado

y escoger el archivo:

Debian7SoftLibre.ova• El usuario normal y su contraseña es alumno• El superusuario es root con contraseña admin• Introducir en la máquina virtual la carpeta Tutoriales mediante dispositivo usb• Antes de ejecutar comandos en terminales: Abrir terminal y ejecutar el script

startFoam

¿Qué es OpenFoam?

Extraído de la User Guide de OF: http://foam.sourceforge.net/docs/Guides-a4/UserGuide.pdf

Código fuente

• Comandos útiles para navegar en las fuentes de OpenFOAM:app = $WM_PROJECT_DIR/applicationssol = $WM_PROJECT_DIR/applications/solversutil = $WM_PROJECT_DIR/applications/utilitiessrc = $WM_PROJECT_DIR/src

• Variables de entorno:$FOAM_APP = $WM_PROJECT_DIR/applications$FOAM_SOLVERS = $WM_PROJECT_DIR/applications/solvers$FOAM_UTILITIES = $WM_PROJECT_DIR/applications/utilities$FOAM_SRC = $WM_PROJECT_DIR/src

Estructura de OpenFoam

Ejecutar en terminal:startFoamcd $WM_PROJECT_DIR

applications: Ficheros fuente de todos los ejecutables:solversutilitiesbintest

bin: scripts básicos de ejecución.doc: pdf y Doxygen documentacion.

DoxygenGuides-a4

lib: librerías compiladas.src: ficheros librería fuente.test: ficheros Fuente para testear las librerías.tutorials: tutoriales, casos de ejemplo.wmake: compilación.

Estructura de archivos del software

Estructura de archivos carpeta “Applications”

Estructura de archivos de un caso

Ejemplo: Tutorial “cavity”

Geometría 2D, incompresible, laminar, isotermo

Carpeta “cavity”

Condiciones de contorno e iniciales

Datos para generar la geometría y la malla estructurada

Datos del fluido: viscosidad cinemática

Control iteraciones, discretización

Aspecto del fichero “transportProperties”

Cabecera OpenFoam

Viscosidad cinemática fluidoDimensiones de las variables

Dimensiones de las variables

Geometría de la cavidad

movingWall

fixedWallsfrontAndBack

fixedWallsfixedWalls

Fichero “blockMeshDict”

Cabecera OpenFoam

Vértice 0Vértice 1Vértice 2

Fichero “blockMeshDict”

Contornos/fronteras

Nombres de las fronteras

Tipo de frontera

Tipos de fronteras

Sentido vector normal a cada cara

• Sentido antihorario

Generadores de malla propios de OF

Generación de malla: Ejecutar en un terminal en el directorio del caso:

startFoamblockMesh > log.blockMeshcheckMesh > log.checkMesh

Generación de malla con utilidad “blockMesh”

Archivos generados dentro de la carpeta “constant/polyMesh”:

Generación de malla con “blockMesh”

• Archivo “boundary”: contiene los contornos de la geometría

• “points”: coordenadas 3D de los vértices de la malla• “faces”: construcción de las caras de las celdas de la

malla a partir del número de cada vértice

Archivo“boundary”

Condiciones iniciales y de contorno: Fichero “U”

Condición inicial de U

Condiciones de contorno

Tipos de condiciones de contorno

Condiciones iniciales y de contorno: Fichero “p”

Condición inicial de p

Condiciones de contorno para la presión p

Ficheros carpeta “system”: controlDict

ApplicationSolver

Paso temporal

Modelos físicos en OpenFoam

http://www.openfoam.org/features

Solvers de OpenFoam

Ficheros carpeta “system”: fvSchemes

Ficheros carpeta “system”: fvSolution

Linear Solvers

Ejecución del caso “cavity”

Recordatorio: Generación de malla:Ejecutar en un terminal en el directorio del caso:

blockMesh > log.blockMeshcheckMesh > log.checkMesh

Ejecutar paraFoam para visualizar la malla antes de resolver y comprobar que todo es correcto:

paraFoam &

Ejecución del solver: Ejecutar en un terminal en el directorio del caso:

icoFoam > log.icoFoamAparecerán archivos de resultados para cada instante de tiempo

Visualización de los residuos: Ejecutar en un terminal en el directorio del caso:

gnuplot Residuals –

Es necesario tener en el caso el fichero “Residuals”

Postprocesado:Alternativa 1:

foamToVTK -time 0:0.5 > log.foamToVTK– Transforma los ficheros de resultados a formato VTK

paraview &– Visualiza los resultados obtenidos en la simulación con

paraview

Alternativa 2:paraFoam &

Script de ejecución del caso

Fichero “script_exe”:

Postprocesado del caso

Scripts de ejecución automática: “Allclean”, “Allrun”

Fichero “Allclean”:

Ejecución del fichero “Allclean”: ./Allclean

Scripts de ejecución automática: “Allclean”, “Allrun”

Fichero “Allrun”:

Ejecución: ./Allrun

Ejercicio: Remallado del caso “cavity”

• Tamaño de celdas del mallado en x e y: 1mm0.1 m/0.001 m = 100 celdas en x e y

• Necesario editar y modificar archivo “blockMeshDict”

• Volver a ejecutar el caso desde el principio./Allclean./Allrun

Tutorial “elbow”

Ejemplo 2D, evolutivo, laminar, incompresible e isotermo

Malla no estructura en formato de

Fluent

Conversión a openFoam: ejecutar en terminal

fluentMeshToFoam elbow.msh

Conversiones de mallas entre distintos formatos

Caso “elbow”: Carpeta “polyMesh”

Comprobar condiciones de contorno en el

fichero “0”

Visualización de geometría y malla

Preprocesado:Alternativa 1:

foamToVTK -time 0 • Transforma los ficheros de las condiciones

iniciales a formato VTKparaview &• Visualiza la geometría, mallado y condiciones

iniciales de la simulaciónAlternativa 2:

paraFoam &

Ejecución y visualización de los resultados

icoFoam > log.icoFoam(ejecuta el solver hasta tiempo 10)

foamToVTK -time 0:10 paraview &

Tutorial “elbow_3D”

Ejemplo 3D, evolutivo, laminar, incompresible e isotermo

Archivo “polyMesh/boundary”

“0/U”

Resultados tutorial “elbow_3D”

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