OpenFOAM-3.0的湍流模型（一）

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仅仅觉得都挺有用的，所以转发一下。仅仅是想做个备份，希望不要某天淹没在互联网的长河里
本系列分析 OpenFOAM-3.0 版本的湍流模型。从 3.0 版开始，OpenFOAM 中的湍流模型架构发生了较大的变化，其实这种变化在 2.3 版开始已经初露端倪，在 2.3 版里，多相流的湍流模型已经开始跟单相流湍流模型分开。从 3.0 开始，单相流湍流模型和多相流湍流模型统一到了一个架构下。本系列将对 3.0 版的湍流模型进行详细的分析，分为四部分：结构概览，RTS 机制分析，编译新模型的方法，以及一些补充说明。

1. 结构概览

这部分主要是概括一下湍流模型的框架的结构，如下图（请点击右键查看大图）：

湍流模型的架构

图片中，蓝色字体的是类名，绿框中的类是调用 declareRunTimeSeclectionTable 的类（如果对这个的含义感兴趣，建议参考这篇或者这篇），四种不同颜色的箭头，代表的是四种不同的湍流模型：单相不可压缩湍流模型，单相可压缩湍流模型，多相不可压缩模型，多相可压缩模型。

在图片下面，我用了一个 kEpsilon 和一个 Smagorinsky 模型作为示例，这是因为，这两个湍流模型都是以通用形式来实现的，从 C++ 角度来说，就是模板类。通过代入不同的模板参数， kEpsilon 和 Smagorinsky 这两个模板类可以实例化为不同种类的湍流模型。

template<class BasicTurbulenceModel>
class kEpsilon
:
    public eddyViscosity<RASModel<BasicTurbulenceModel> >
{
    // Private Member Functions

        // Disallow default bitwise copy construct and assignment
        kEpsilon(const kEpsilon&);
        kEpsilon& operator=(const kEpsilon&);

	......
	......

 tmp<fvScalarMatrix> epsEqn
    (
        fvm::ddt(alpha, rho, epsilon_)
      + fvm::div(alphaRhoPhi, epsilon_)
      - fvm::laplacian(alpha*rho*DepsilonEff(), epsilon_)
     ==
        C1_*alpha*rho*G*epsilon_/k_
      - fvm::SuSp(((2.0/3.0)*C1_ + C3_)*alpha*rho*divU, epsilon_)
      - fvm::Sp(C2_*alpha*rho*epsilon_/k_, epsilon_)
      + epsilonSource()
      + fvOptions(alpha, rho, epsilon_)
    );

    epsEqn().relax();
    fvOptions.constrain(epsEqn());
    epsEqn().boundaryManipulate(epsilon_.boundaryField());
    solve(epsEqn);
    fvOptions.correct(epsilon_);
    bound(epsilon_, this->epsilonMin_);

    // Turbulent kinetic energy equation
    tmp<fvScalarMatrix> kEqn
    (
        fvm::ddt(alpha, rho, k_)
      + fvm::div(alphaRhoPhi, k_)
      - fvm::laplacian(alpha*rho*DkEff(), k_)
     ==
        alpha*rho*G
      - fvm::SuSp((2.0/3.0)*alpha*rho*divU, k_)
      - fvm::Sp(alpha*rho*epsilon_/k_, k_)
      + kSource()
      + fvOptions(alpha, rho, k_)
    );

从上述代码可以看出，输运方程中带入了密度 rho 和代表相体积分率的 alpha 。代入不同的模板参数， rho 和 alpha 的取值也会不同，从而实例化为不同的湍流模型，详细的后文还会分析。除此之外，输运方程中还加入了两种源项的实现，一种是以成员函数的形式（ epsilonSource() 和 kEpsilon() ）；另一种是以 fvOptions 的形式，允许用户自定义源项。

在这个架构下，湍流模型是怎么通过 RTS 机制来进行选择的呢？请看下一篇。

OpenFOAM-3.0 的湍流模型（一）

OpenFOAM-3.0的湍流模型（一）

1. 结构概览