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OpenFOAM

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OpenFOAM
在ざい命令めいれい行ぎょう窗まど口中くちじゅう运行的てきOpenFOAM
原作げんさく者しゃHenry Weller
開發かいはつ者しゃThe OpenFOAM Foundation
首くび次じ发布2004-12-10
当とう前ぜん版本はんぽん
  • 12 (2024年ねん7月がつ6日にち；穩定版本はんぽん)[1]
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源みなもと代だい码库
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编程语言C++
操作そうさ系けい统Unix/Linux
类型计算流体りゅうたい力学りきがく
许可协议GNU通用つうよう公共こうきょう许可证
网站www.openfoam.org

OpenFOAM（英文えいぶん Open Source Field Operation and Manipulation 的てき缩写，意い为开源げん的てき场运算さん和わ处理软件）是ぜ对连续介かい质力学がく问题进行数かず值计算さん的てきC++自由じゆう软件工具こうぐ包つつめ，其代码遵守じゅんしゅGNU通用つうよう公共こうきょう许可证。它可进行数すう据すえ预处理り、后きさき处理和わ自じ定てい义求解かい器き，常用じょうよう于计算流体りゅうたい力学りきがく(CFD)领域。该软件けん由ゆかりOpenFOAM基金ききん会かい维护[2]（商しょう标OpenFOAM的てき拥有者しゃ硅谷图形公司こうし(SGI)赞助）。

历史

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OpenFOAM的てき早期そうき开发始はじめ于1980年代ねんだい末期まっき的てき伦敦帝みかど国学院こくがくいん，其目标是为了编写一个相对于当时事实上的标准，FORTRAN，更さら为强大和やまと灵活的てき通用つうよう模も拟计算ざん平台ひらだい。并且因いん此选择了拥有高度こうど模かたぎ块化和わ面めん向こう对象特性とくせい的てきC++作さく为其编程语言。在ざい2004年ねんOpenFOAM以开源げん方式ほうしき发布之の前まえ，英国えいこくNabla有限ゆうげん公司こうし曾销售过FOAM，OpenFOAM的てき前身ぜんしん。[3]2011年ねん8月がつ15日にち，OpenCFD宣布せんぷ它被硅谷图形公司こうし(SGI)收おさむ购。[4]

OpenFOAM是これ最早もはや的てき用ようC++写うつし成なり的てき重要じゅうよう科学かがく计算软件包つつみ之の一いち[來らい源みなもと請求せいきゅう]。现已成なり为使用しよう多面体ためんたい网格的てき最さい主要しゅよう的てき通用つうよう计算流体りゅうたい力学りきがく(CFD)软件.

特色とくしょく

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语法

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OpenFOAM一个非常有特色的地方是它描述张量和わ偏へん微分びぶん方かた程ほど的てき语法与あずか被ひ求もとめ解かい的てき方かた程ほど本身ほんみ非常ひじょう相似そうじ，事こと实上便びん捷とし地ち在ざい程ほど序じょ中表なかおもて达传统的数学すうがく记号正せい是ぜ其语法ほう设计的てき目め标。例れい如方程ほど[5]

对应的てきOpenFOAM代だい码是 

solve
(
     fvm::ddt(rho,U)
   + fvm::div(phi,U)
   - fvm::laplacian(mu,U)
     ==
   - fvc::grad(p)
);

得とく益えき于面めん向こう对象的てき程ほど序じょ设计和わ运算符ふ重じゅう载，使用しよう者しゃ可か以相对容易ようい地ち建立こんりゅう自己じこ的てき求もとめ解かい器き。然しか而，大量たいりょう模かたぎ板元はんもと编程的てき运用以及相しょう应开发文档的缺乏けつぼう，使つかい得とく越こし是ただし深入ふかいり库底层的定じょう制せい化か越こし是ただし困こま难和充たかし满挑战。

可か扩展性せい

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由よし于使用よう了りょう工こう厂方法ほう和わ基もと类作さく为接せっ口こう，OpenFOAM具有ぐゆう很好的てき可か扩展性せい。使用しよう者しゃ在ざい建立こんりゅう定じょう制せい化か的てき物体ぶったい或ある对象（例れい如边界条件じょうけん或ある湍流模型もけい）时，无需修おさむ改あらため或ある是重これしげ新しん编译OpenFOAM软件包つつみ，便びん可か在ざい已やめ有ゆう的てき求もとめ解かい器き上じょう工作こうさく。OpenFOAM称しょう之の为运行时决策さく(run-time selection)[6]

OpenFOAM的てき架か构

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OpenFOAM核心かくしん功こう能のう的てき实现是ぜ由よし大量たいりょう的てき基もと础库完成かんせい的てき，其中包括ほうかつ：

  • 张量和わ场操作そうさ
  • 人ひと类可读的偏へん微分びぶん方かた程ほど离散化か语法
  • 线性系けい统求もとめ解かい[7]
  • 常微分じょうびぶん方かた程ほど求もとめ解かい[8]
  • 高こう级操作そうさ的てき自じ动并行ぎょう化か
  • 动态网格[9]
  • 通用つうよう物理ぶつり模型もけい
    • 流ながれ变模型がた(Rheological models)[10]
    • 热力学がく模型もけい及相关的数すう据すえ库[11]
    • 湍流模型もけい[12]
    • 化学かがく反はん应和动理学がく模型もけい[13]
    • 拉ひしげ格かく朗ろう日び粒子りゅうし追つい踪模型がた[14]
    • 热辐射しゃ传输模型もけい
    • 单参照さんしょう系けい和わ多た参照さんしょう系けい方法ほうほう

利用りよう便びん捷とし直ちょく观的高だか级语法ほう和かず基はじめ础库提供ていきょう的てき功こう能のう完成かんせい开发应用。通常つうじょう应用可か以归为两类：

  • 求もとめ解かい器き：执行连续介かい质问题的求もとめ解かい计算
  • 实用程ほど序じょ：用よう于准备网格かく、设置模も拟样例れい、处理结果等とう

每まい个应用よう有ゆう其专注ちゅう的てき功こう能のう：如应用ようblockMesh用よう于从用よう户提供ていきょう的てき输入文ぶん件けん生成せいせい网格，而另一いち个应用ようicoFoam，则用来らい求もとめ解かい不可ふか压层流的てきNavier-Stokes方かた程ほど。

最さい后きさき，一些第三方软件包被用来提供并行化能力（即そくOpenMPI）和かず进行图像后きさき处理（ParaView）。

功こう能のう

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OpenFOAM的てき功こう能のう含有がんゆう[15]：

甲きのえ烷在ざい空そら气中燃もえ烧的模も拟。甲かぶと烷从底そこ端はし喷出，同どう时被点てん燃もえ。图形界面かいめん是ぜParaView。图中底そこ色しょく表示ひょうじ温度おんど，箭や头表示ひょうじ气流速度そくど，箭や头的颜色表示ひょうじ局部きょくぶ的てき氧气含量。

除じょ以上いじょう列れつ举的标准求もとめ解かい器き之の外そと，由ゆかり于OpenFOAM的てき语法，建立こんりゅう自じ定てい义的求もとめ解かい器き也是容易ようい的てき。

OpenFOAM实用程ほど序じょ被ひ细分为：

  • 网格实用程ほど序じょ
    • 网格生成せいせい: 它们通どおり过输入にゅう文ぶん件けん或ある几何描述文ぶん件けん（如）来らい自じ动生成せいせい计算用さんよう的てき网格(hex-dominant, snappyHexMesh)
    • 网格格式かくしき转化：转化其他工具こうぐ生成せいせい的てき网格到いたOpenFOAM格式かくしき
    • 网格处理：执行一いち些网格かく操作そうさ，如局部ぶ优化，区域くいき定てい义等
  • 并行处理工具こうぐ：提供ていきょう计算任にん务的分解ぶんかい、合ごう并和重じゅう分ぶん发功能のう来らい实现并行计算
  • 预处理工りこう具ぐ：准じゅん备模拟样例れい
  • 后きさき处理工具こうぐ：处理模も拟结果はて，包含ほうがん到いたOpenFOAM和わParaView的てき插件
  • 表面ひょうめん处理工具こうぐ
  • 热物理工りこう具ぐ

许可证

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OpenFOAM是ぜ自由じゆう软件和わ开源软件，在ざいGNU通用つうよう公共こうきょう许可证版本はんぽん3下しも发布。[26]

优劣

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优点

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  • 用よう户友好ゆうこう的てき偏へん微分びぶん方かた程ほど描述语法
  • 有ゆう非ひ结构化か多面体ためんたい网格的てき处理能力のうりょく
  • 自じ动并行ぎょう化かOpenFOAM高だか级语言げん写うつし成なり的てき应用
  • 现成的てき涵盖宽领域いき的てき应用和わ模型もけい
  • 有ゆう由よし开发者しゃ提供ていきょう的てき商しょう业支持しじ和わ培つちかえ训
  • 无许可か证花费

缺点けってん

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  • 缺かけ少しょう集成しゅうせい的てき图形化か用よう户界面めん(GUI)（但ただし有ゆう独立どくりつ私有しゆう软件可か选）
  • 开发文ぶん档缺乏けつぼう足あし够的细节，学がく习曲线陡峭
  • 文ぶん档缺乏けつぼう维护，入にゅう门困难

分ぶん支ささえ和わ改あらため编

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免めん费软件けん

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  • blueCFD 是ぜ改あらため编自OpenFlow的てき运行在ざい Windows 上うえ的てきOpenFOAM交叉こうさ编译版本はんぽん。该软件けん包つつめ同どう时也含有がんゆう一些有用的额外函数和工具。blueCAPE出品しゅっぴん。[27]
  • FreeFOAM[28]为了把わOpenFOAM从它对系统的依よ赖中解脱げだつ出来でき，使つかい其安装そう更さら为便携和用よう户友好こう而建立こんりゅう的てき分ぶん支ささえ。其开发紧跟最新さいしん的てきOpenFOAM发布版ばん，不ふ附ふ带额外的がいてき功こう能のう，使用しようCMake作さく为编译系统。
  • OpenFlow 是ぜ一いち个OpenFOAM的てきWindows平台ひらだい交叉こうさ编译的まと源げん码补丁ひのと。blueCFD中ちゅうOpenFOAM的てき部分ぶぶん既すんで是ぜ由よし它而来らい。Symscape出品しゅっぴん[29]
  • OpenFOAM-extend[30]由よしWikki有限ゆうげん公司こうし维护[31]。该分支ささえ有ゆう社しゃ区く贡献的てき大量たいりょう内容ないよう，并且当とう中なか的てき绝大部分ぶぶん贡献可か以装入いれ到いたOpenFOAM的てき官かん方かた版本はんぽん中ちゅう，而只产生最低さいてい限度げんど的てき影かげ响。[32]它的开发与官かん方かた版ばんOpenFOAM是ぜ并列进行的てき，对最新版しんぱんOpenFOAM的てき合ごう并可能かのう要よう等とう到いた一いち至いたり两年后きさき。

付づけ费软件けん

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  • Caedium 是これSymscape出品しゅっぴん的てき通用つうよう数すう值模拟环境さかい。其RANS Flow的てき附加ふか功こう能のう[33]提供ていきょう了りょう用よう于OpenFOAM的てき模型もけい建立こんりゅう、解かい操作そうさ和わ后きさき处理的てき图形用よう户界面めん。
  • CastNet DHCAE Tools出品しゅっぴん的てき私有しゆう建けん模も和わ模も拟环境さかい。[34]其中包含ほうがん一いち个OpenFOAM的てき图形界面かいめん前ぜん端はし。FOAM.
  • ICON FOAMpro CFD 由ゆかりICON Process & Consulting Ltd进行维护。[35]与あずか大だい众汽车[36]和わ福ぶく特とく汽车[37]合作がっさく，主要しゅよう围绕着ぎ汽车应用而开发。该分支ささえ既すんで包含ほうがん社しゃ区く贡献的てき内容ないよう也包含ほうがんICON专有的てき开发。

替がえ代だい软件

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开源软件和わ自由じゆう软件

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私有しゆう软件

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参考さんこう文献ぶんけん

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  1. ^ Release 12. 2024年ねん7月がつ6日にち [2024年ねん7月がつ23日にち]. 
  2. ^ The OpenFOAM Foundation homepage
  3. ^ OpenFOAM Release History
  4. ^ 存そん档副本ふくほん. [2016-08-23]. （原始げんし内容ないよう存そん档于2012-12-06）. 
  5. ^ Creating solvers in OpenFOAM. [2012-07-17]. （原始げんし内容ないよう存そん档于2012-08-07）. 
  6. ^ OpenFOAM's run-time selection mechanism explained. [2012-07-17]. （原始げんし内容ないよう存そん档于2014-01-08）. 
  7. ^ Linear system solvers in OpenFOAM. [2012-07-17]. （原始げんし内容ないよう存そん档于2012-07-23）. 
  8. ^ Ordinary differential equation solvers in OpenFOAM. [2012-07-17]. （原始げんし内容ないよう存そん档于2012-08-07）. 
  9. ^ Dynamic mesh in OpenFOAM. [2012-07-17]. （原始げんし内容ないよう存そん档于2012-07-23）. 
  10. ^ Rheological models in OpenFOAM. [2012-07-17]. （原始げんし内容ないよう存そん档于2012-07-23）. 
  11. ^ Thermophysical models in OpenFOAM. [2012-07-17]. （原始げんし内容ないよう存そん档于2012-07-23）. 
  12. ^ Turbulence models in OpenFOAM. [2012-07-17]. （原始げんし内容ないよう存そん档于2012-07-23）. 
  13. ^ Chemical reactions and kinetics models in OpenFOAM. [2012-07-17]. （原始げんし内容ないよう存そん档于2012-08-07）. 
  14. ^ Lagrangian particle tracking in OpenFOAM. [2012-07-17]. （原始げんし内容ないよう存そん档于2012-07-23）. 
  15. ^ OpenFOAM features. [2012-07-17]. （原始げんし内容ないよう存そん档于2012-07-23）. 
  16. ^ OpenFOAM incompressible flow solvers. [2012-07-17]. （原始げんし内容ないよう存そん档于2012-07-23）. 
  17. ^ OpenFOAM Compressible flow solvers. [2012-07-17]. （原始げんし内容ないよう存そん档于2012-07-23）. 
  18. ^ OpenFOAM buoyancy-driven flow solvers. [2012-07-17]. （原始げんし内容ないよう存そん档于2012-07-23）. 
  19. ^ Multiphase flow solvers. [2012-07-17]. （原始げんし内容ないよう存そん档于2012-07-23）. 
  20. ^ OpenFOAM solvers for combustion. [2012-07-17]. （原始げんし内容ないよう存そん档于2012-07-23）. 
  21. ^ OpenFOAM solvers for conjugate heat transfer. [2012-07-17]. （原始げんし内容ないよう存そん档于2012-07-23）. 
  22. ^ OpenFOAM molecular dynamics solvers. [2012-07-17]. （原始げんし内容ないよう存そん档于2012-07-23）. 
  23. ^ OpenFOAM Direct Simulation Monte Carlo solvers. [2012-07-17]. （原始げんし内容ないよう存そん档于2012-07-23）. 
  24. ^ OpenFOAM Electromagnetics solvers. [2012-07-17]. （原始げんし内容ないよう存そん档于2012-07-23）. 
  25. ^ OpenFOAM solid dynamics solvers. [2012-07-17]. （原始げんし内容ないよう存そん档于2012-07-23）. 
  26. ^ http://www.openfoam.org/licence.php （页面存そん档备份，存そん于互联网档案あん馆） OpenFOAM Licensing Page
  27. ^ blueCAPE's homepage. [2012-07-17]. （原始げんし内容ないよう存そん档于2012-04-25）. 
  28. ^ FreeFOAM Home Page. [2012-07-17]. （原始げんし内容ないよう存そん档于2012-06-17）. 
  29. ^ OpenFlow source code patch. [2012-07-17]. （原始げんし内容ないよう存そん档于2012-07-30）. 
  30. ^ OpenFOAM-extend Project Home Page. [2012-07-17]. （原始げんし内容ないよう存そん档于2012-06-17）. 
  31. ^ Wikki Ltd （页面存そん档备份，存そん于互联网档案あん馆）.
  32. ^ Solvers （页面存そん档备份，存そん于互联网档案あん馆）, Utilities （页面存そん档备份，存そん于互联网档案あん馆）, and Other contributions （页面存そん档备份，存そん于互联网档案あん馆）
  33. ^ Caedium RANS Flow add-on. [2012-07-17]. （原始げんし内容ないよう存そん档于2012-07-02）. 
  34. ^ DHCAE Tools homepage. [2012-07-17]. （原始げんし内容ないよう存そん档于2012-04-25）. 
  35. ^ ICON FOAMpro Process. [2012-07-17]. （原始げんし内容ないよう存そん档于2012-04-25）. 
  36. ^ ICON VWG SAE paper. [2012-07-17]. （原始げんし内容ないよう存そん档于2012-04-23）. 
  37. ^ ICON FORD SAE paper. [2012-07-17]. （原始げんし内容ないよう存そん档于2012-04-23）. 
  38. ^ SU2 homepage. [2012-07-17]. （原始げんし内容ないよう存そん档于2016-10-19）. 
  39. ^ FreeCFD homepage. [2012-07-17]. （原始げんし内容ないよう存そん档于2012-07-10）. 
  40. ^ Gerris homepage. [2012-07-17]. （原始げんし内容ないよう存そん档于2019-10-19）. 
  41. ^ OpenFVM homepage. [2012-07-17]. （原始げんし内容ないよう存そん档于2016-07-29）. 
  42. ^ [depts.washington.edu/clawpack]

外部がいぶ链接

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官かん方かた资源

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社しゃ区く资源

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開源かいげん軟件
專有せんゆう軟件
雲くも端はし處理しょり
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