Introducción a OpenFoam

Transcripción

1 Introducción a OpenFoam Presentación general de OpenFoam E. Martín Mecánica de Fluidos. Universidad de Vigo

2 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

3 Enlaces de interés Página web oficial de OpenFOAM: Wiki no oficial sobre OpenFOAM : PhD course in CFD with Open Source software: OpenFOAM-extend CFD Online: Foro de discusión sobre OpenFOAM en CFD Online : Links on-line de modelos de turbulencia

4 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

5 Qué es OpenFoam? OpenFOAM es una librería de archivos en C++, usada principalmente para crear executables, 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 y utilities siempre que tenga un conocimiento previo de la física involucrada y técnicas de programación. OpenFOAM se instala con herramientas adicionales para el pre- y post-procesado de los resultados. Se instala en sistemas operativos Linux (ver en detalles sobre la instalación). No existe instalación para Windows. En este caso es necesario instalarlo como una máquina virtual

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

7 Qué es OpenFoam? Extraído de la User Guide de OF:

8 Código fuente Comandos útiles para navegar 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

9 Ejecutar en terminal: startfoam cd $WM_PROJECT_DIR Estructura de OpenFoam applications: Ficheros fuente de todos los ejecutables: solvers utilities bin test bin: scripts básicos de ejecución. doc: pdf y Doxygen documentacion. Doxygen Guides-a4 lib: librerías compiladas. src: ficheros librería fuente. test: ficheros Fuente para testear las librerías. tutorials: tutoriales, casos de ejemplo. wmake: compilación.

10 Estructura de archivos del software

11 Estructura de archivos carpeta Applications

12 Estructura de archivos carpeta Applications

13 Estructura de archivos de un caso

14 Ejemplo: Tutorial cavity Geometría 2D, incompresible, laminar, isotermo

15 Carpeta cavity Datos del fluido: viscosidad cinemática Condiciones de contorno e iniciales Datos para generar la geometría y la malla estructurada Control iteraciones, discretización

16 Aspecto del fichero transportproperties Cabecera OpenFoam Dimensiones de las variables Viscosidad cinemática fluido

17 Dimensiones de las variables

18 Geometría de la cavidad movingwall frontandback fixedwalls fixedwalls fixedwalls

19 Fichero blockmeshdict Cabecera OpenFoam Vértice 0 Vértice 1 Vértice 2

20 Fichero blockmeshdict Contornos/fronteras Nombres de las fronteras Tipo de frontera

21 Tipos de fronteras

22 Sentido vector normal a cada cara Sentido antihorario

23 Generadores de malla propios de OF Generación de malla: Ejecutar en un terminal en el directorio del caso: startfoam blockmesh > log.blockmesh checkmesh > log.checkmesh

24 Generación de malla con utilidad blockmesh Archivos generados dentro de la carpeta constant/polymesh :

25 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

26 Condiciones iniciales y de contorno: Fichero U Condición inicial de U Condiciones de contorno

27 Tipos de condiciones de contorno

28 Tipos de condiciones de contorno

29 Tipos de condiciones de contorno

30 Tipos de condiciones de contorno

31 Condiciones iniciales y de contorno: Fichero p Condición inicial de p Condiciones de contorno para la presión p

32 Ficheros carpeta system : controldict Application Solver Paso temporal

33 Modelos físicos en OpenFoam

34 Solvers de OpenFoam

35 Solvers de OpenFoam

36 Solvers de OpenFoam

37 Ficheros carpeta system : fvschemes

38 Ficheros carpeta system : fvschemes

39 Ficheros carpeta system : fvsolution Linear Solvers

40 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 &

41 Ejecución del caso cavity Ejecución del solver: Ejecutar en un terminal en el directorio del caso: icofoam > log.icofoam Aparecerán archivos de resultados para cada instante de tiempo

42 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

43 Postprocesado: Alternativa 1: Ejecución del caso cavity 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 &

44 Fichero script_exe : Script de ejecución del caso

45 Postprocesado del caso

46 Scripts de ejecución automática: Allclean, Allrun Fichero Allclean : Ejecución del fichero Allclean :./Allclean

47 Scripts de ejecución automática: Allclean, Allrun Fichero Allrun : Ejecución:./Allrun

48 Ejercicio: Remallado del caso cavity 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 archivo blockmeshdict Volver a ejecutar el caso desde el principio./allclean./allrun

49 Tutorial elbow Ejemplo 2D, evolutivo, laminar, incompresible e isotermo Conversión a openfoam: ejecutar en terminal fluentmeshtofoam elbow.msh Malla no estructura en formato de Fluent

50 Conversiones de mallas entre distintos formatos

51 Conversiones de mallas entre distintos formatos

52 Caso elbow : Carpeta polymesh Comprobar condiciones de contorno en el fichero 0

53 Preprocesado: Visualización de geometría y malla Alternativa 1: foamtovtk -time 0 Transforma los ficheros de las condiciones iniciales a formato VTK paraview & Visualiza la geometría, mallado y condiciones iniciales de la simulación Alternativa 2: parafoam &

54 Visualización de geometría y malla

55 Visualización de geometría y malla

56 Ejecución y visualización de los resultados icofoam > log.icofoam (ejecuta el solver hasta tiempo 10) foamtovtk -time 0:10 paraview &

57 Tutorial elbow_3d Ejemplo 3D, evolutivo, laminar, incompresible e isotermo

58 Archivo polymesh/boundary 0/U

59 Resultados tutorial elbow_3d