[OpenFOAM 소스코드 파해치기]수송특성 추가

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작성일 : 2012년  3월  20일

번역일 : 2016년  3월   29일

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들어가기

열물성의 수송특성 모델을 추가해 보자.

사용 버전

OpenFOAM 2.1.0

파일

17-kineticTransport.tar.gz (reactingFoam 대응 버전)

목표

OpenFOAM의 열물리모델의 수송특성(점성 등)에는 정수, Sutherland의 식 등이 있으나, 여기에 기체분자운동론모델을 추가해보자 여기서는 buoyantSimpleFoam을 사용한다.

 

준비

buoyangSimpleFoam의 코드를 준비한다.

$ cp -r $FOAM_SOLVERS/heatTransfer/buoyantSimpleFoam .
$ cd buoyantSimpleFoam

Make/file을 수정한다.

EXE = buoyantSimpleFoam

컴파일한다.

$ wmake

폴더내의 buoyantSimpleFoam가 만들어진것을 확인한다.

$FOAM_SRC/thermophysicalModels/specie를 그대로 복사한다.

$ cp -r $FOAM_SRC/thermophysicalModels/specie .
$ cd specie

specie의 Make/file을 수정한다.

LIB = $(FOAM_USER_LIBBIN)/libspecie

컴파일한다.

$ wmake libso

다음으로 $FOAM_SRC/thermophysicalModels/basis를 복사하여, specie와 같이 컴파일한다. 여기서 Make/options은 로컬의 specie를 사용하도록 수정한다.

EXE_INC = \
-I$(LIB_SRC)/finiteVolume/lnInclude \
-I../specie/lnInclude

LIB_LIBS = \
-lfiniteVolume

수송특성의 추가

 

specie의 transport로 이동하여, sutherland에서부터 kinetic을 만든다.

$ cd specie/transport
$ cp -r sutherland kinetic

kinetic 내부의 파일(sutherland파일)에서부터, 파일명과 이름을 치환해 kinetic용의 파일을 만든다. 다음과같은 스크립트(run)을 만든다.

#!/bin/sh
sed -e "s/sutherlandTransport/kineticTransport/g" sutherlandTransport.C > kineticTransport.C
sed -e "s/sutherlandTransport/kineticTransport/g" sutherlandTransport.H > kineticTransport.H
sed -e "s/sutherlandTransport/kineticTransport/g" sutherlandTransportI.H
kineticTransportI.Hd

실행시킨다.

$ sh run

kinetic 내부의  sutherland 파일과 run 스크립트는 더이상 필요없으므로 삭제한다.

$ rm sutherland* run

specie를 재컴파일한다(lnInclude를 갱신하기 위해).

$ wclean
$ wmake libso

basic/mixture/basicMixture/basicMixtures.C에 kineticTransport를 추가합니다.

#include "kineticTransport.H"

...

makeBasicMixture
(
    pureMixture,
    kineticTransport,
    hConstThermo,
    perfectGas
);

makeBasicMixture
(
    pureMixture,
    kineticTransport,
    janafThermo,
    perfectGas
);

basic/psiThermo/hPsiThermo/hPsiThermos.C에 kineticTransport를 추가합니다.

#include "kineticTransport.H"

...

makeBasicPsiThermo
(
    hPsiThermo,
    pureMixture,
    kineticTransport,
    hConstThermo,
    perfectGas
);

makeBasicPsiThermo
(
    hPsiThermo,
    pureMixture,
    kineticTransport,
    janafThermo,
    perfectGas
);

점성계수를 수정

 

점성계수를 수정하기위해서는, kineticTransportI.H의 mu 함수를 수정한다.

template<class Thermo>
inline Foam::scalar Foam::kineticTransport<Thermo>::mu(const scalar T) const
{
    scalar T_star = T/epsilonk_;
    const scalar A = 1.16145, B = 0.14874, C = 0.52487,
	  D = 0.7732, E = 2.16178, F = 2.43787;
    scalar omega = A*pow(T_star, -B) + C*exp(-D*T_star) + E*exp(-F*T_star);
    scalar M = this->W();
    
    return 26.69*sqrt(M*T)/(sigma_*sigma_*omega)*1e-7;
}

여기서는 기체분자운동론에 의한 식(Champman-Enskog식)을 사용하고 있다. sigma_ 와 epsilonk_ 는 σ (시그마)와 ε/k 로, constnat/thermophysicalProperties로부터 읽어들인다.

수송특성으로 열전도율(kappa)도 있으나, sutherlandTransport에서는 modified Eucken correlation가 사용되므로 그대로 둔다.

수정하면 basic을(specie가아닌) 재검파일 한다.

$ wmake libso

점성계수 출력

 

확인을 위해 점성계수를 출력하도록 해놓자. buoyantSimpleFoam의 createFields.H에 아래와 같이 추가해놓는다.(rho를 벅사해 수정하면 된다)

    volScalarField mul
    (
        IOobject
        (
            "mul",
            runTime.timeName(),
            mesh,
            IOobject::NO_READ,
            IOobject::AUTO_WRITE
        ),
        thermo.mu()
    );

"NO_WRITE"가 아닌 "AUTO_WRITE"를 지정합니다. "mu"가 아닌 "mul"로 되어있는 이유는 thermo가 이미 "mu" 라는 필드를 가지고 있으므로, 출력설정이 제대로 안되기 때문이다.

mul을 갱신하기위해, hEqn.H의 "thermo.correct()"의 뒤에 다음과 같이 추가합니다.

thermo.correct();

mul = thermo.mu();

열물성을 수정하는것이 "thermo.correct()"에 의해 이루어지므로, mul 의 갱신은 그 이후에 수행되어야 한다.

컴파일한다.

$ wmake

실행

 

튜토리얼케이스 hotRoom을 실행한다.

$ cp -r $FOAM_TUTORIALS/heatTransfer/buoyantSimpleFoam/hotRoom .

열물성모델을 변경하였으므로, constant/thermophysicalProperties를 수정할 필요가 있다.

thermoType      
hPsiThermo<pureMixture<kineticTransport<specieThermo<hConstThermo<perfectGas>>>>;

pRef            100000;

mixture
{
    ...
    
    transport
    {
	sigma           3.621;
	epsilonk        97.53;
    }
}

실행.

$ blockMesh
$ setFields
$ ../buoyantSimpleFoam/buoyantSimpleFoam > log &

주의

 

여기서는 buoyantSimpleFoam의 소스를 사용하고 있으나, 점성계수의 출력을 추가하므로 라이브러리의 수정과는 관계가 없다. 라이브러리를 기존의 라이브러리명으로 $FOAM_USER_LIBBIN 에 컴파일하면 모든 솔버들의 라이브러리가 치환되어버린다 ($FOAM_LIBBIN 보다 $FOAM_USER_LIBBIN 이 우선되는것을 의미한다). 따라서, 원래의 buoyantSimpleFoam 에도 위의 수정이 적용된다. 다음과 같이 하면 라이브러리 libspecie의 경로가 유저라이브러리로 되어있음을 알 수 있습니다.

$ ldd 'which buoyantSimpleFoam' | grep specie

다른 솔버에 영향을 주지 않으려면, 라이브러리 이름을 변경해야한다. 또한, 직접 제작한 라이브러리에 의해 솔버가 작동하지 않게 되었다면, $FOAM_USER_LIBBIN에 해당하는 라이브러리를 삭제한다(이번의 경우에는 libspecie.so, libbasicThermophysicalModels.so).

추가정보

 

reactingFoam 에서도 kineticTransport를 사용하도록 해보자. 귀찮으므로 sutherlandTransport를 kineticTransport로 치환하는 방법을 이용한다. 

specie/include/thermophysicsTypes.H 를 다음과 같이 편집한다.

#include "kineticTransport.H"

...

namespace Foam
{
    //typedef sutherlandTransport<specieThermo<janafThermo<perfectGas> > >
    //    gasThermoPhysics;
    typedef kineticTransport<specieThermo<janafThermo<perfectGas> > >
        gasThermoPhysics;

$FOAM_SRC/thermophysicalModels 에서 reactionThermo, chemistryModel 를 복사해 로컬의 specie, basic 을 사용하도록 Make/options 를 치환, 유저라이브러리 경로에 컴파일되도록 Make/files 를 치환하고 각각을 수행한다.

이렇게 해서 reactingFoam (더불어 gasThermoPhysics를 사용하는 모든) 에서 sutherlandTransport 를 대신해 kineticTransport가 사용하게 된다 (sutherlandTransport는 사용하지 않게 된다). 튜토리얼케이스 counterFlowFlame2D 에서는 constant/thermo.compressibleGas의 transport를 치환해야한다(17-counterFlowFlame2D.tar.gz).

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