极简OpenFoam编程

简介

OpenFoam可以用于处理场类型的数据，但是如果采用“求解器”手脚架（见OpenFOAM编程基本结构）将会引入"setRootCase.H"、“createTime.H”、"createMesh.H"三个代码片段文件，引入了严重的“副作用”，难以将代码模块化。如果同时在多个线程上并行计算往往会出现严重错误。
本文将编写极简的OpenFoam源文件，剔除不必要的“副作用”，为并行计算提供条件

代码

#include "fvCFD.H"

int main()
{
    //第一步：构造runTime对象，用于控制时间
    Foam::Time runTime(
        fileName("."),            //可执行程序的根目录
        fileName("./pitzDaily")); //案例文件的相对目录

    //第二步：构造mesh对象，用于读取网格
    const Foam::fvMesh mesh(
        Foam::IOobject(
            Foam::fvMesh::defaultRegion,
            runTime.timeName(),
            runTime,
            Foam::IOobject::MUST_READ));

    //第三步：开始计算
    for (int i = 0; i < 20; i++) //以i为自变量步进
    {
        //初始化自定义场(均匀场)
        volScalarField IndexOfCell(
            IOobject(
                "IndexOfCell",
                runTime.timeName(),
                mesh,
                IOobject::NO_READ, //不从文件中读取，而是直接在代码中生成
                IOobject::AUTO_WRITE),
            mesh,
            dimensionedScalar("tmp", dimless, 0), //初始化为无量纲的0场
            "zeroGradient");                      //初始化为自然边界条件（零通量边界条件）

        //用户自定义的计算，这里给每个单元的数值赋值为单元序号
        forAll(IndexOfCell, cellI)
        {
            IndexOfCell[cellI] = cellI;
        }
        IndexOfCell.correctBoundaryConditions(); //更新边界处的结果

        //输出场
        runTime.setTime(i, i);   //设置时间
        runTime.writeTimeDict(); //输出时间
        IndexOfCell.write();     //输出场
    }
    return 0;
}
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代码的核心思想是，对于固定网格问题，我们只需要完成一次runTime初始化和mesh初始化，之后在每一步计算中生成我们需要的场，使用各种方法加工这个场，再将结果输出为文件。

本代码使用官方pitzDaily案例，计算完成后，案例文件目录如下

.
├── 0
│   ├── IndexOfCell
│   ├── T
│   ├── U
│   └── uniform
│       └── time
├── 1
│   ├── IndexOfCell
│   └── uniform
│       └── time
├── 10
│   ├── IndexOfCell
│   └── uniform
│       └── time
├── 11
│   ├── IndexOfCell
│   └── uniform
│       └── time
├── 12
│   ├── IndexOfCell
│   └── uniform
│       └── time
├── 13
│   ├── IndexOfCell
│   └── uniform
│       └── time
├── 14
│   ├── IndexOfCell
│   └── uniform
│       └── time
├── 15
│   ├── IndexOfCell
│   └── uniform
│       └── time
├── 16
│   ├── IndexOfCell
│   └── uniform
│       └── time
├── 17
│   ├── IndexOfCell
│   └── uniform
│       └── time
├── 18
│   ├── IndexOfCell
│   └── uniform
│       └── time
├── 19
│   ├── IndexOfCell
│   └── uniform
│       └── time
├── 2
│   ├── IndexOfCell
│   └── uniform
│       └── time
├── 3
│   ├── IndexOfCell
│   └── uniform
│       └── time
├── 4
│   ├── IndexOfCell
│   └── uniform
│       └── time
├── 5
│   ├── IndexOfCell
│   └── uniform
│       └── time
├── 6
│   ├── IndexOfCell
│   └── uniform
│       └── time
├── 7
│   ├── IndexOfCell
│   └── uniform
│       └── time
├── 8
│   ├── IndexOfCell
│   └── uniform
│       └── time
├── 9
│   ├── IndexOfCell
│   └── uniform
│       └── time
├── constant
│   ├── polyMesh
│   │   ├── boundary
│   │   ├── faces
│   │   ├── neighbour
│   │   ├── owner
│   │   └── points
│   └── transportProperties
└── system
    ├── blockMeshDict
    ├── controlDict
    ├── fvSchemes
    └── fvSolution

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可以看出我们已经将IndexOfCell场输出到了对应的时间文件夹，使用paraview实现可视化，如下图

该图可视化地显示了每个单元的标号