本案例演示利用OpenFOAM编程实现颗粒跟踪并绘制颗粒轨迹。

利用下面的命令创建文件结构。

runfoamNewApp demo16

文件结构如下图所示。

图片

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，企业-能凤木农药有限公司 ipt)    {        vtkFilePtr() << ipt << endl;    }     Info << tab << "vtk文件写入完成！" << endl;} // * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * // int main(int argc，
福建省德化真泰尔陶瓷有限公司 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()，
广东树德实业有限公司 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，天津市依赛伦进出口有限公司            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;} 

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。

图片

在案例根路径下执行程序demo16，结果如下图所示。

图片

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。

图片

利用paraview读取vtk文件查看轨迹，如下图所示。

图片

（完毕）