本案例演示利用OpenFOAM编程实现颗粒跟踪并绘制颗粒轨迹。
1 文件结构利用下面的命令创建文件结构。
runfoamNewApp demo16
文件结构如下图所示。
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2 程序源码本案例只需要一个源文件demo16.C，其内容如下。
#include "fvCFD.H" /*定义一个函数，用于写入包含由点列表定义的单条多段线的vtk文件。有关vtk文件格式规范，请参阅：https://vtk.org/wp-content/uploads/2015/04/file-formats.pdf*/void saveTrajectoryToVtk(DynamicList<point> &path, fvMesh &mesh){ Info << endl << "将颗粒路径写入到VTK文件" << endl; // 创建一个文件夹用于存放VTK文件 fileName VTK_dir = mesh.time().path() / "VTK"; mkDir(VTK_dir); // 创建文件指针 autoPtr<OFstream> vtkFilePtr; vtkFilePtr.reset(new OFstream(VTK_dir / "particle_path.vtk")); // 写入文件头 vtkFilePtr() << "# vtk DataFile Version 2.0" << endl << "particle_path" << endl << "ASCII" << endl << "DATASET POLYDATA" << endl; vtkFilePtr() << nl; // 写入点头部 vtkFilePtr() << "POINTS " << path.size() << " DOUBLE" << endl; // 写入点坐标 forAll(path, ipt) { vtkFilePtr() << path[ipt].x() << " " << path[ipt].y() << " " << path[ipt].z() << endl; } vtkFilePtr() << nl; // 写入线的头部与列表 vtkFilePtr() << "LINES 1 " << path.size() + 1 << endl; vtkFilePtr() << path.size() << endl; forAll(path, ipt) { vtkFilePtr() << ipt << endl; } Info << tab << "vtk文件写入完成！" << endl;} // * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * // int main(int argc, char *argv[]){#include "setRootCase.H"#include "createTime.H"#include "createMesh.H" instantList times = runTime.times(); //得到所有的时间 runTime.setTime(times.last(), 0); //设置当前时刻为最后一个时间点 Info << nl << "使用的数据时刻为：" << runTime.timeName() << endl; // 读取速度场U Info << nl << "读取速度场" << endl; volVectorField U( IOobject( "U", runTime.timeName(), mesh, IOobject::MUST_READ, IOobject::NO_WRITE), mesh); // 定义颗粒的初始位置，这里简单起见定义了一个固定坐标 point particle(0.01, 0.11875, 0); //准备粒子位置列表和几个标量变量来存储其总行程时间和距离 DynamicList<point> particlePositions; scalar timeTaken(0); scalar distanceTravelled(0); // 添加初始化位置到颗粒位置列表中 particlePositions.append(particle); // 找到无质量颗粒所在的网格，利用网格流速来确定颗粒的下一个位置 label cellID = mesh.findCell(particle); Info << nl << "初始颗粒位于网格 " << cellID << " 中" << endl; // 描述其他的变量 vector curPos = particle; vector newPos(0, 0, 0); label iterCount(1); const label maxIters(100); Info << nl << "开始颗粒跟踪" << endl; while (cellID != -1) { vector velocity = U[cellID]; //得到网格的速度 scalar charLen = Foam::cbrt(mesh.V()[cellID]); //得到网格的特征尺寸 scalar dt = charLen / mag(velocity); //得到特征时间步长 newPos = curPos + velocity * dt; //计算得到新的颗粒位置 scalar dist = mag(newPos - curPos); //得到颗粒在当前时间步的位移 // 输出信息 Info << nl << "Lagrangian time step: " << iterCount << nl << tab << "current position = " << curPos << nl << tab << "new position = " << newPos << nl << tab << "local distance travelled = " << dist << nl << tab << "local time taken = " << dt << nl << tab << "currently reciding cell no. = " << cellID << endl; // 将数据添加到列表中 distanceTravelled += dist; timeTaken += dt; particlePositions.append(newPos); curPos = newPos; iterCount++; cellID = mesh.findCell(curPos); if (iterCount > maxIters) { FatalErrorInFunction << "达到最大的跟踪时间步数！" << abort(FatalError); } } if (cellID == -1) //颗粒离开计算域 { Info << "颗粒离开计算区域！" << endl << "颗粒运行的总距离：" << distanceTravelled << nl << "颗粒停留时间：" << timeTaken << endl; } // 写入文件 saveTrajectoryToVtk(particlePositions, mesh); // * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * // Info << nl; runTime.printExecutionTime(Info); Info << "End\n" << endl; return 0;} 3 测试程序本程序是一个后处理程序，在案例求解完毕后使用。
测试案例计算得到的速度场。
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在案例根路径下执行程序demo16，结果如下图所示。
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此时在根目录下创建了一个VTK文件夹，其中包含文件particle_path.vtk。
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利用paraview读取vtk文件查看轨迹，如下图所示。
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（完毕）
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