[发明专利]一种移植FENE-P模型构建OpenFOAM求解器的方法

说明书

本发明提出了一种移植FENE‑P模型构建OpenFOAM求解器的方法，包括：对FENE‑P模型的源代码进行选取，确认FENE‑P模型的本构方程对应的代码；修改rheoTeatFoam的TEqn.H，将FENE‑P模型的本构方程对应的代码移植到TEqn.H；修改rheoTeatFoam的creatFields.H，定义新的变量、注释无关变量；选定环境进行编译，确定OpenFOAM求解器编译的位置；编译完成后对OpenFOAM求解器进行验证。本发明可以帮助用户可以根据自身需求构建求解器，这对于湍流研究是一个极具重要的突破。

技术领域

本发明涉及湍流理论与模拟、计算流体力学领域，是一种移植FENE-P模型构建OpenFOAM求解器方法。

背景技术

作为经典物理学中最后一个未被解决的问题，湍流问题一直深深的吸引着众多科研工作者。当前湍流研究可分为数值模拟计算和实验两个大的方向。而数值模拟又可分为直接数值模拟、雷诺平均方法以及大涡模拟。对于数值模拟而言，目前的选择可以是用商业软件(如：Fluent)或者是开源软件(如：OpenFOAM)进行科学计算。

计算流体力学(CFD)是通过数值方法求解流体力学控制方程，得到流场的离散定量描述，并以此预测流体运动规律的学科。

精细化可扩展的非线性弹性(FENE-P)模型最初是基于弹性哑铃表示聚合物分子而开发的，每个分子的端到端向量自然地与构象张量相关，因此这一类模型的本构方程经常作为构象张量的函数来编写和处理。

现有的开源CFD软件对于成熟的商业软件相对固定，用户的自由度不高，对于求解器的构建方式不能适应的用户的需要。同时，现有技术对于湍流研究问题上的研究突破尚少。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种移植FENE-P模型构建OpenFOAM求解器方法，总结出一套迁移本构模型代码至rheoTestFoam上构建全新求解器，从而进行本构模型验证的流程方法，以此实现快速本构模型的验证，为研究湍流进行流体力学计算的下一步工作奠定基石。

为了达到上述目的，在本发明提供了一种移植FENE-P模型构建OpenFOAM求解器的方法，其特征在于，包括：

S1、对FENE-P模型的源代码进行选取，确认FENE-P模型的本构方程对应的代码；

S2、修改rheoTeatFoam的TEqn.H，将FENE-P模型的本构方程对应的代码移植到TEqn.H；

S3、修改rheoTeatFoam的creatFields.H，定义新的变量如：步骤S13中的变量TensorA、lambda1、L_2等)、注释无关变量(即源程序中所含有的变量，如：A、lambda、L等)；

S4、选定环境进行编译，确定OpenFOAM求解器编译的位置；

S5、编译完成后对OpenFOAM求解器进行验证。

进一步地，所述步骤S1，具体包括：

S11、确定FENE-P模型的本构方程，FENE-P模型的本构方程如下所示：

其中τ是额外应力，tr(τ)为应力τ的迹，L为聚合物的最大拉伸，为应力的物质导数，则为速度散度的转置，η_p是聚合物粘度，表示求物质导数，I为单位张量；

S12、确认所述方程每一项所对应的代码；

S13、组合成一个完整的符合OpenFOAM编程语法的FENE-P模型的本构方程代码。

进一步地，所述步骤S2，具体为：