OpenFOAM常用类的一些总结(2)

在这不在累述。需要附加说明的是边界条件类：边界条件在OpenFOAM被定义作为场的一个完整部分而不是场上额外附加的。在fvMatrix类中并入了patch用来定义区域的外部边界。每一个patch有一个边界条件，再由fvm用合适的方式进行操作处理。patch有多种类型：calculated，fixed value, fixed gradient, zero gradient, symmetry, cyclic等。这些类型都继承于基类patchField。 在求解之前，需要对偏微分方程组进行离散，转化为线性方程组[A][x]=[b]的形式。其中[x]就是我们所要求的量，他也就是咱们前面介绍的GeometricField类，而[A]代数方程的系数，他就是我们下面所要提到的fvMatrix类。对于偏微分方程的每一项，OpenFOAM应用两个类来离散：finiteVolumeMethod和finiteVolumeCalculus,分别用typedef声明为fvm和fvc. fvm是计算隐式导数从而返回fvMatrix，而fvc是计算显式导数或者其它隐式计算返回geometricField，该类不存储私有数据，仅是执行操作从一个量map到另外一个量上。对于偏微分方程，其中有很多种导数形式：拉普拉斯、时间导数、二阶时间导数、对流项、散度、梯度、梯度梯度平方、旋度、源等，在OpenFOAM中的表示见下图：

离散化时空之后，就是解方程，其实求解方程的过程主要分成如下几部：1.离散偏微分方程，2.线性化方程组，3.对应不同的倒数格式选择差分格式，4.求解系数矩阵，5.解方程。在这就涉及到了一个重要的部分：矩阵。Matrix是OpenFOAM中的一个模板类，他是一个用来存储及运算标量张量等类型数据的2维矩阵。这个矩阵类有点像数学上的矩阵一样。对于应用于数值求解矩阵，OpenFOAM引入了fvMatrix类，这个就是有限体积（finite volume）矩阵类，他是一个特殊的矩阵类型，应用于求解有限体积标量方程组，该类成员函数可以实现给定相应场的求解、通量的计算、残差的计算和控制、方程松弛因子的实现，方程中心系数(central coefficient, 公共成员函数A())和H操作源(H operation source，成员函数H()）的计算、设定计算参考等。在此需要提到的是fvMesh类，该类和GoeMesh类差不多，不同之处在于fvMesh类它包含相应网格信息和拓扑结构的同时，还对网格进行实时更新（动网格的时候）。这些更新包括删除单元体面等，并按要求重新定位并计算新的信息。下面举一些关于fvMatrix应用的例子：（选自icoFoam）

fvVectorMatrix UEqn (

fvm::ddt(U)

+ fvm::div(phi, U) //div，散度是代表某量通过单元体的面积分，此处phi为一个通量场，该场的值被记录在单元体的面上，而U就是由通量所输运的量，而该速度值则被记录在单元体中心点上。

- fvm::laplacian(nu, U)

);//源项可以使显式的，在离散时进入方程的右端，当源项为隐式的时候他进入方程的系数矩阵中。

solve(UEqn == -fvc::grad(p));//关于==，一直有所疑问，听老苏分析挺有道理，最近你看到一篇文章上说==的定义是用来表示数学意义上的方程左右两端的等于，这个运算符为了使其有最低的的运算优先级所以采用了==，而非=，同时也强调了方程两端得等的概念，而非赋值。在OpenFOAM中，对==的操作实际上是形式上的，而非实质上有什么运算，它自动重排方程各项：所有隐式项写进方程矩阵中，而所有显式项则归于方程的b中。 volScalarField rUA = 1.0/UEqn.A(); U = rUA*UEqn.H();

pEqn.setReference(pRefCell, pRefValue); pEqn.solve();

例子中fvVectorMatrix为一向量有限体积矩阵类，OpenFOAM中定义 typedef fvMatrix fvVectorMatrix，其他的还有标量、张量等。其他关于上述程序的说明参看老苏博客。 再看如下例子： fvMatrixScalar rhoEq (

fvm::ddt(rho)+fvc::div(phi)

);//此处是一个关于质量守恒方程的求解，对于phi为密度与速度的积，而此时采用fvc即表示速度通量在方程中作为已知量，出现在方程的b项中，它是计算前一时间阶的值。 说了一些常用的类，下面介绍一些比较基础底层的类：IOdictionary，argList，IOobject， IOdictionary类是继承于regIOobject类和dictionary类，其主要作于是读入和写入数据。如读取PISO控制参数，或读入transportProperties参数等等。 它派生出许多类：

1. basicThermo(用于基本热力学参数读取和计算) 2. LESModel（大涡模拟模型控制参数） 3. RASModel （RAS模型控制参数） 4. fvSchemes （离散格式参数） 5. motionSolver （动网格控制参数） 6. radiationModel （辐射模型控制参数） 7. solution （求解方程控制参数） 8. SRFModel （SRF模型控制参数） 9. tolerances （方程残差控制） 10. transportModel （输运模型参数） 见下例：

IOdictionary transportProperties //在transportProperties字典中读入参数 (

IOobject (

\ runTime.constant(), mesh,

IOobject::MUST_READ, IOobject::NO_WRITE ) );

IOobject类：读入写入数据，他与IOdictionary不同之处在于后者是读取一个文件中的一个字典“{}”之内的数据，而IOobject则是读入整个文件，如读入压力场，速度场等，并且有读入写出的控制参数，见上例中的“MUST_READ，NO_WRITE”等等。（老苏博客中有详细介绍，在此不多说了）

argList类：读入外部命令参数的一个类，如在命令窗口键入icoFoam -case