OpenFOAM () — открытая интегрируемая платформа для численного моделирования задач механики сплошных сред.

Общая характеристика OpenFOAM — свободно распространяемый инструментарий вычислительной гидродинамики для операций с полями (скалярными, векторными и тензорными). На сегодня является одним из законченных и известных приложений, предназначенных для FVM-вычислений.

Код OpenFOAM, изначально разрабатываемый в Великобритании компанией OpenCFD, Limited, в настоящее время поддерживается и развивается усилиями некоммерческой организации The OpenFOAM Foundation, основателями которой являются Henry Weller (создатель исходного кода FOAM), Chris Greenshields и Cristel de Rouvray. Своё название и идеологию построения код берет от предшественника FOAM (Field Operation And Manipulation). Первоначально программа предназначалась для прочностных расчетов, но в результате многолетнего академического и промышленного развития на сегодняшний момент позволяет решать множество различных задач механики сплошных сред (не ограничиваясь ею), в частности: Прочностные расчеты; Гидродинамика ньютоновских и неньютоновских вязких жидкостей как в несжимаемом, так и сжимаемом приближении с учётом конвективного теплообмена и действием сил гравитации. Для моделирования турбулентных течений возможно использование RANS-моделей, LES- и DNS-методов. Возможно решение дозвуковых, околозвуковых и сверхзвуковых задач; Задачи теплопроводности в твёрдом теле; Многофазные задачи, в том числе с описанием химических реакций компонент потока; Задачи, связанные с деформацией расчётной сетки; Сопряжённые задачи; Некоторые другие задачи, при математической постановке которых требуется решение дифференциальных уравнений в частных производных в условиях сложной геометрии среды; Распараллеливание расчёта для запуска на многопроцессорных системах (в том числе кластерных).

В основе кода лежит набор библиотек, предоставляющих инструменты для решения систем дифференциальных уравнений в частных производных как в пространстве, так и во времени. Рабочим языком кода является ООП C++. В терминах данного языка большинство математических дифференциальных и тензорных операторов в программном коде (до трансляции в исполняемый файл) уравнений может быть представлено в удобочитаемой форме, а метод дискретизации и решения для каждого оператора может быть выбран уже пользователем в процессе расчёта. Таким образом, в коде полностью инкапсулируются и разделяются понятия расчетной сетки (метод дискретизации), дискретизации основных уравнений и методов решения алгебраических уравнений. Например, уравнение сохранения количества движения для ньютоновской несжимаемой жидкости без действия массовых сил:

может быть представлено в виде: solve ( fvm::ddt(rho, U) + fvm::div(rho, U, U) - fvm::laplacian(mu, U)

- fvc::grad(p) ); Вместе с кодом поставляется набор программ-«решателей», в которых реализованы различные математические модели механики сплошных сред.

Программа может работать под Windows через виртуальную машину; имеются также реализации, не использующие дополнительных надстроек.

Связь со стандартами Пакет OpenFOAM имеет множество утилит, которые позволяют конвертировать сторонние форматы в формат OpenFOAM (например, ANSYS, Fluent, Gambit, VTK или др.). Для доступа к утилитам необходимо перейти в папку $FOAM_UTILITIES, это также можно сделать командой util.

Ответвления blueCFD — кросс-компилированная версия OpenFOAM для запуска на операционных системах Windows, производная от OpenFlow. Включает в себя дополнительные инструменты и функциональность, используемые в OpenFOAM. Разработка поддерживается компанией blueCAPE. FreeFOAM — версия OpenFOAM независящая от операционной системы, портативна и более удобна для установки. Проект развивается параллельно с официальными выпусками OpenCFD и не имеет дополнительного функционала. Для сборки использует CMake. С 2017 г. проект больше не поддерживается согласно информации с сайта проекта. OpenFlow это исходный код дополнения для кросс-компилированного дистрибутива OpenFOAM, работающего на операционных системах Windows. Компоненты OpenFOAM в blueCFD разработаны на основе исходного кода OpenFlow. Разработка поддерживается компанией Symscape. OpenFOAM-extend поддерживается Wikki Ltd. Эта ветка включает в себя разработки сообщества, большая часть которых может быть установлена в официальную версию OpenFOAM с минимальными изменениями. Ветка разрабатывается параллельно с официальной версией OpenFOAM, но в последних версиях выпуски extend ветки отстают на один-два года.

Связь с другими Open source-проектами SALOME — пакет для работы с геометрией и сетками ParaView — пакет для визуализации результатов и расчётных сеток, поставляется по умолчанию вместе с OpenFOAM FreeCAD — параметрическая САПР общего назначения с открытым исходным кодом. Вместе с расширением cfdOF обеспечивает базовые возможности графического интерфейса - позволяет подготовить 3D-модель, обозначить границы, её входы и выходы, указать стартовые параметры и запустить вычисления.

Примечания

Литература

Ссылки Официальный сайт (Онлайн-справка) Сайт OpenFOAM от OpenCFD Computational Fluid Dynamics OpenFOAM wiki Вики перевода документации OpenFOAM на Хабрахабре

Категория:Программы для моделирования механики сплошных сред Категория:САПР Категория:Свободное математическое программное обеспечение Категория:Программное обеспечение для Linux Категория:Вычислительная гидродинамика