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Jul 10, 2025 11:11 AM
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Jul 10, 2025 11:14 AM
前言：
Preface:
参考：感谢原作者们的无私引路和宝贵工作。
前置： OpenFOAM开发编程基础07 第一个求解器 | 𝓐𝓮𝓻𝓸𝓼𝓪𝓷𝓭 (aerosand.cn)
计算流体力学的通用基本方程为
$$\frac{\partial}{\partial t}(\rho \phi) + \nabla \cdot (\rho U\phi) = \nabla\cdot(\Gamma\nabla\phi) + S_{\phi}$$
求解的波动方程如下
$$\frac{\partial^2 A}{\partial t^2} = \nabla \cdot (c^2 \nabla A)$$
我们依然用
A 表示待求的物理场。新建本文的项目文件夹
应用准备
脚本和说明
略。
求解器
createFields.H
场文件
/userApp/createFields.H 接入 方程所需要的场 A 和参数 c。以后在开发大型求解器的时候，
createFields.H 文件会有相当多行代码，创建的场的功能各不相同，读取的字典参数的功能也是各不相同。建议可以在文件开头写一个简单的“目录”。这样子可以通过搜索直达内容分区。主源码
文件
/userApp/08_01_waveSol.C 其实很简单，就是构建一个时间推进，迭代内，每个时间步求解方程即可。编译
调试算例
system/blockMeshDict无需修改，我们仍然使用原几何模型和几何网格
system/controlDict无需修改，我们仍然使用求解控制的设置（步长步数等）
decomposedParDict和PDRblockMeshDict不用管，本文用不到
transportProperties
文件
debug_case/constant/transportProperties 内容修改如下初始条件
基于初始条件
p 修改得到 A ，内容如下setFieldsDict
使用命令创建一个模板到调试算例下
修改文件
/debug_case/system/setFieldsDict ，内容如下- 注意调试算例的
blockMeshDict中设置了scalar 0.1;，几何尺寸有了缩放，所以在设置box的时候要注意坐标点
- 设置
boxToCell中box的两个角点坐标
- 注意，
setFields只重设了初始场，区别于场里的源。
fvSchemes
增加时间项二阶偏导的数值计算离散格式，其他不变
fvSolution
也可以写成 A|AFinal ，然后一起设置
controlDict
随意设置计算时间长短等。
脚本
因为额外使用了
setFields 命令，且该命令会更改初始条件，所以需要修改脚本。caserun 内容如下caseclean 内容如下计算
使用
paraview 可以看到中心点场随着时间的波动变化。小结
本文讨论求解了一个非定常波动问题。我们通过注释和代码拆出，尝试把求解器结构写的更加清晰易读。首次使用了 OpenFOAM 自带的工具
setFields （本质上也是一种 应用）。需要注意的是，因为待求的波动方程简单，所以本文求解器对偏微分方程的求解并没有使用任何的算法，只是简单的在每个时间步求解。实际开发中，更多的问题是多个物理场耦合，所以我们需要一些数值算法来求解偏微分方程组，而不是单个偏微分方程。
虽然本系列是开发编程系列，但是在正式进入 OpenFOAM 标准求解器开发前，我们在下一次讨论中不得不讲一下 OpenFOAM 的基础求解算法，主要是
SIMPLE, PISO, PIMPLE 。虽然系列讨论追求给初学者带来“连续”“逐深”“有方向”“不间断”的学习体验，但这是避不开的一环。
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