OpenFOAM 編程指南及算例設計
夏廣慶
- 出版商: 科學出版
- 出版日期: 2026-05-01
- 售價: $360
- 語言: 簡體中文
- 頁數: 270
- ISBN: 7030860519
- ISBN-13: 9787030860514
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商品描述
OpenFOAM是一款優秀的開源CFD軟件。經過多年疊代優化，該軟件在航空航天、汽車、化工和能源等行業得到了廣泛應用，該軟件用戶規模仍在快速增長。針對當前OpenFOAM學習、使用過程中的實際問題與需求，本書深挖該軟件學習痛點與難點，建立了系統學習OpenFOAM的技巧與策略，並在教學中實現了理論與實踐相結合。本書系統總結了OpenFOAM軟件的基本結構及使用方法，主要具有三大特點：一是對OpenFOAM應用場景進行了充分說明，並對該軟件設計框架進行了全面、詳細的介紹；二是針對OpenFOAM特有的軟件特性，通過實例介紹了OpenFOAM編程的基礎與進階技巧，為軟件的使用、個性化拓展提供了重要基礎；三是從實際問題模型出發，詳細闡述了OpenFOAM算例模型構建方法，實現了有效科學仿真計算，可操作性強。
目錄大綱
第1章 偏微分方程及OpenFOAM基本結構 1
1.1 張量與基本算符 1
1.1.1 張量 1
1.1.2 基本算符 1
1.1.3 基本算符常見應用 2
1.1.4 時間導數 3
1.2 偏微分方程 4
1.2.1 質量守恒方程 4
1.2.2 動量守恒方程 5
1.3 通用輸運方程 7
1.3.1 偏微分方程分類 7
1.3.2 邊界條件簡介 8
1.4 OpenFOAM基本結構 8
1.4.1 OpenFOAM軟件基本結構 8
1.4.2 OpenFOAM求解器基本結構 10
1.4.3 OpenFOAM算例文件基本結構 10
第2章 OpenFOAM編程基礎 12
2.1 OpenFOAM求解器基本結構及編譯過程 12
2.1.1 OpenFOAM求解器的基本組成 13
2.1.2 OpenFOAM求解器編譯實例 13
2.1.3 CMake編譯OpenFOAM求解器 17
2.2 基本輸入輸出 21
2.2.1 項目基本結構及測試文件 22
2.2.2 基本輸入 24
2.2.3 基本輸出 26
2.3 程序參數 28
2.3.1 C++中main函數參數 28
2.3.2 OpenFOAM中程序參數 29
2.4 網格基本結構與網格信息提取 35
2.4.1 OpenFOAM幾何模型及邊界組成 35
2.4.2 OpenFOAM多面體網格數據結構 36
2.4.3 OpenFOAM網格信息讀取 40
2.5 基本物理場操作 47
2.5.1 基本物理場讀取 47
2.5.2 基本物理場運算 51
2.5.3 CMake編譯文件 54
第3章 OpenFOAM編程進階 56
3.1 並行計算 56
3.1.1 OpenFOAM並行基本方法 57
3.1.2 OpenFOAM並行計算實例 60
3.2 自定義類 63
3.2.1 C++基本類 64
3.2.2 基於OpenFOAM的派生類 67
3.2.3 CMake編譯 69
3.3 自定義庫 70
3.3.1 庫的定義與編輯 71
3.3.2 程序功能實現 74
3.4 網格生成 78
3.4.1 網格生成源程序 79
3.4.2 程序編譯及運行結果 83
3.5 自定義插值格式 84
3.5.1 求解器文件設置 84
3.5.2 算例文件相關設置及測試結果 87
3.6 粒子追蹤 94
3.6.1 粒子追蹤源文件 94
3.6.2 算例文件相關設置 97
第4章 邊界條件 103
4.1 邊界類型 103
4.2 固定梯度邊界 104
4.2.1 算例模型 104
4.2.2 算例模型設置 105
4.2.3 算例運行及仿真結果 109
4.3 周期性邊界 110
4.3.1 算例模型 110
4.3.2 算例模型設置 110
4.3.3 算例運行及仿真結果 117
4.4 可變邊界條件 119
4.4.1 穩態可變邊界 119
4.4.2 瞬態可變邊界 123
4.5 自定義邊界 127
4.5.1 自定義邊界文件編輯 128
4.5.2 算例模型編輯及仿真結果 133
第5章 OpenFOAM算例構建及運行 135
5.1 頂蓋驅動流 135
5.1.1 前處理 136
5.1.2 網格查看 142
5.1.3 運行算例 143
5.1.4 後處理 143
5.1.5 操作優化 149
5.2 圓柱擾流 152
5.2.1 前處理 153
5.2.2 運行算例 169
5.2.3 後處理 170
5.3 多種材料熱傳導 170
5.3.1 網格劃分 171
5.3.2 初始條件 173
5.3.3 區域分割 175
5.3.4 物理屬性 178
5.3.5 求解器設置 179
5.3.6 算例運行及仿真結果 181
5.4 氣泡在水中的運動 182
5.4.1 算例模型設置 183
5.4.2 算例運行及仿真結果 191
第6章 OpenFOAM求解器設計與算例構建 193
6.1 簡單輸運方程 193
6.1.1 求解器頭文件與源文件 194
6.1.2 算例模型相關設置 196
6.1.3 仿真結果 201
6.2 帶源項的擴散方程 201
6.2.1 熱傳導求解器各文件 202
6.2.2 算例文件相關設置及測試結果 203
6.3 帶源項的擴散方程2 207
6.3.1 改進的熱傳導求解器各文件設置 208
6.3.2 全局熱源模型設置及測試結果 210
6.3.3 任意位置熱源算例設置及測試結果 214
6.4 波動方程 219
6.4.1 求解器文件設置 220
6.4.2 算例文件設置及測試結果 222
6.5 通用輸運方程 227
6.5.1 通用輸運方程求解器各文件設置 227
6.5.2 通用輸運方程正確性算例驗證 230
6.5.3 非穩態擴散算例設置及仿真結果 235
6.5.4 非穩態對流算例設置及仿真結果 240
6.5.5 非穩態對流擴散算例設置及仿真結果 241
6.6 不可壓縮N？S方程求解器 242
6.6.1 控制方程與離散格式 242
6.6.2 SIMPLE算法簡介 245
6.6.3 PISO算法簡介 247
6.6.4 SIMPLE算法求解器及算例結構 248
6.6.5 SIMPLE算法求解器各文件設置 249
6.6.6 算例文件相關設置及相關測試結果 252
6.7 離散類求解器 257
6.7.1 離散類方法概述 257
6.7.2 離散類方法與連續介質方法的比較 257
6.7.3 離散類方法在OpenFOAM中的實現 258
6.7.4 particleFoam求解器 258
6.7.5 dsmcFoam求解器 260
6.7.6 算例文件相關設置及測試結果 261
參考文獻 269
