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Introducción a OpenFoam
Presentación general de OpenFoam
E. Martín1, M. Meis2, F. Varas1,3
1: Universidad de Vigo, 2: Vicus Desarrollos Tecnológicos, 3:
Universidad Politécnica de Madrid
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Organización del curso
Software Libre: OpenFoam (CFD)
• Horario y distribución de sesiones
• Profesorado:– FERNANDO VARAS (UNIVERSIDAD DE VIGO)
– ELENA MARTÍN (UNIVERSIDAD DE VIGO)
– MARCOS MEIS (VICUS DESARROLLOS TECNOLÓGICOS Y UNIVERSIDAD DE VIGO)
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Organización del curso
Software Libre: OpenFoam (CFD)
• Ejercicios prácticos– Flujos isotermos incompresibles I: análisis de una cavidad 2D y
un codo 3D
– Flujos isotermos incompresibles II: análisis de un perfil aerodinámico
– Flujos con transferencia de calor I: flujo en un codo 3D con transferencia de calor
– Flujos con transferencia de calor II: análisis térmico de una habitación
– Flujos con frontera libre: análisis de rotura de una presa
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Organización del curso
Software Libre: OpenFoam (CFD)
• 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-extend
http://sourceforge.net/projects/openfoam-extend/
– Texto "Lectures in Computational Fluid Dynamics of Incompressible Flow" por J. M. McDonough :
http://www.engr.uky.edu/~acfd/me691-lctr-nts.pdf
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Organización del curso
Software Libre: OpenFoam (CFD)
• Enlaces de interés– Notas del curso "Computational Hydraulics" por Dr David
Apsley :
http://personalpages.manchester.ac.uk/staff/david.d.apsley/lectures/comphydr/index.htm
– CFD Online: Recursos relativos a dinámica de fluidos computacional :
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
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¿Qué es OpenFoam?
OPENFOAM® (Open Field Operation And Manipulation) es una herramienta de simulación
numérica basada en esquemas de volúmenes finitos (básicamente, se trata de 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 ser
ejecutado en paralelo. La implementación del cálculo distribuido (basada en el uso de mpi y
directamente explotable por parte de procesadores multinúcleo, clúster o redes de
ordenadores) no añade ninguna dificultad al usuario, por lo que la capacidad de cálculo del
código está únicamente limitada por el hardware disponible
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¿Qué es OpenFOAM?
OpenFOAM is first a C++ library, used primarily to createexecutables, known as applications. The applications fallinto two categories: solvers, that are each designed tosolve a specific problem in continuum mechanics; andutilities, that are designed to perform tasks that involvedata manipulation
One of the strengths of OpenFOAM is that new solvers andutilities can be created by its users with some pre-requisiteknowledge of the underlying method, physics andprogramming techniques involved
OpenFOAM is supplied with pre- and post-processingenvironments. The interface to the pre- and post-processing are themselves OpenFOAM utilities, therebyensuring consistent data handling across all environments
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¿Qué es OpenFOAM?
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Estructura de OpenFOAM
Structure of OpenFOAM applications: source files of all the executables:
• solvers• utilities• bin• test
bin: basic executable scripts. doc: pdf and Doxygen documentation.
• Doxygen• Guides-a4
lib: compiled libraries. src: source library files. test: library test source files. tutorials: tutorial cases. wmake: compiler settings.
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Código fuente
Comandos útiles para navergar en las fuentes de OpenFOAM: app = $WM_PROJECT_DIR/applications sol = $WM_PROJECT_DIR/applications/solvers util = $WM_PROJECT_DIR/applications/utilities src = $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
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Estructura de archivos del software
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Estructura de archivos del software
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Estructura de archivos del software
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Estructura de archivos de un caso
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Tutorial: Cavity
Geometría 2D, incompresible, laminar, isotermo
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Estructura de carpetas y ficheros
Caso “cavity”:
Condiciones de
contorno e iniciales
Datos para generar la geometría y la malla estructurada
Datos del fluido:
viscosidad
cinemática
Control iteraciones, discretización
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Fichero: “transportProperties”
E. Martín, M. Meis, F. Varas
Cabecera OpenFoam
Viscosidad cinemática fluido
Dimensiones de las variables
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Dimensiones de las variables
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Cavity: geometría
movingWall
fixedWallsfrontAndBack
fixedWallsfixedWalls
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Fichero: “blockMeshDict”
Cabecera OpenFoam
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Fichero: “blockMeshDict”
Contornos/fronteras
Nombres de los
contornos
Tipo de contorno
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Tipos de contornos
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Generación de malla propia de OF
Generación de malla: Ejecutar en un terminal en el directorio del caso:
startFoam –v 2.3.0
blockMesh > log.blockMesh
checkMesh > log.checkMesh
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Generación de malla con blockMesh
Archivos generados:
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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
Generación de malla con blockMesh
Archivo
“boundary”
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Vector normal a cada cara
• Sentido antihorario
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Condiciones iniciales y de contorno: “U”
Condición inicial de U
Condiciones de contorno
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Tipos de condiciones de contorno
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0682_CLOUDPYME2_1_E
Tipos de condiciones de contorno
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Tipos de condiciones de contorno
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0682_CLOUDPYME2_1_E
Tipos de condiciones de contorno
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0682_CLOUDPYME2_1_E
Condiciones iniciales y de contorno: “U”
Condición inicial de U
Condiciones de contorno
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0682_CLOUDPYME2_1_E
Condiciones iniciales y de contorno: “p”
Condición inicial de p
Condiciones de contorno
Para la presión p
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Ficheros de “system”: controlDict
Application Solver
Paso temporal
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0682_CLOUDPYME2_1_E
Solvers: ejemplos
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0682_CLOUDPYME2_1_E
Solvers: ejemplos
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0682_CLOUDPYME2_1_E
Solvers: ejemplos
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0682_CLOUDPYME2_1_E
Ficheros de “system”: fvSchemes
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0682_CLOUDPYME2_1_E
Ficheros de “system”: fvSchemes
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0682_CLOUDPYME2_1_E
Ficheros de “system”: fvSolution
Linear Solvers
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0682_CLOUDPYME2_1_E
Ejecución del caso “cavity”
Recordatorio: Generación de malla:
Ejecutar en un terminal en el directorio del caso:
blockMesh > log.blockMesh
checkMesh > log.checkMesh
• Ejecutar paraFoam para visualizar la malla antes de resolver y comprobar que todo es correcto:
paraFoam &
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0682_CLOUDPYME2_1_E
Ejecución del caso “cavity”
Ejecución del solver: Ejecutar en un terminal en el directorio del caso:
icoFoam > log.icoFoam Aparecen archivos resultados para cada instante de tiempo
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Ejecución del caso “cavity”
Visualización de los residuos: Ejecutar en un terminal en el directorio del caso:
gnuplot Residuals –
• Es necesario tener en el caso el fichero Residuals:
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Postprocesado
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
Alternativa 2:
paraFoam &
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Fichero script_exe:
Scripts de ejecución
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Postprocesado
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Ficheros Allclean y Allrun:
Fichero Allclean:
Ejecución: ./Allclean
Scripts automáticos de limpieza y ejecución del caso
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Ficheros Allclean y Allrun:
Fichero Allrun:
Ejecución: ./Allrun
Scripts automáticos de limpieza y ejecución del caso
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Ejercicio: generación de malla más fina
Tamaño de celdas del mallado en x e y: 1mm
0.1 m/0.001 m = 100 celdas en x e y
Necesario editar y modificar BlockMeshDict
Volver a ejecutar el caso