OpenFOAM

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до навігації Перейти до пошуку
OpenFOAM
OpenFOAM запускається в емуляторі термінала
Тип Обчислювальна гідродинаміка, Програмне забезпечення моделювання
Автори Henry Weller
Розробники CFD Direct[1] / OpenCFD[2]
Перший випуск 10 грудня 2004; 19 років тому (2004-12-10)[3]
Стабільний випуск 5.0[4] і v1712 [5] (26 липня 2017[6] і 31 грудня 2017[7])
Операційна система Unix/Linux
Мова програмування C++
Ліцензія GPLv3
Репозиторій https://github.com/OpenFOAM/OpenFOAM-dev, https://develop.openfoam.com/Development/openfoam
Вебсайт openfoam.org

OpenFOAM (з англ. "Open source Field Operation And Manipulation") - це інструмент мовою C++ для розробки чисельних методів та розв'язування проблем механіки суцільного середовища, включаючи обчислювальну гідродинаміку. Код надається вільно і відкрито за умов дотримання GNU General Public License. Назву OpenFOAM було зареєстровано компанією OpenCFD Ltd[8] в 2007 року. Ліцензіата змінено на OpenFOAM Foundation Ltd у 2011 році.

Історія[ред. | ред. код]

OpenFOAM (початкова назва — FOAM) було створено Генрі Веллером наприкінці 1980-х в Імперському коледжі Лондона, щоб розробити більш потужну та гнучку загальну імітаційну платформу, ніж Фортран. Це призвело до вибору C++ як мови програмування через її модульність та об'єктно-орієнтовані функції. Хруве Ясак працював у Імперському коледжі як доктор філософських наук з 1993 до 1996 року. У 2000 році Ясак об'єднав свої зусилля з Веллером у спробі комерціалізації FOAM[9] через компанію Nabla Ltd.[10] У 2004 році компанія Nabla Ltd припинила роботу, і Генрі Веллер, Кріс Грінсілдс та Маттійс Янссенс заснували OpenCFD Ltd для розробки та випуску OpenFOAM.[11] У той же час, Ясак заснував консалтингову компанію Wikki Ltd [12] і підтримував розгалуження openfoam-extend, пізніше  перейменовану на foam-extend.

8 серпня 2011 року OpenCFD було придбано Silicon Graphics International (SGI).[13] У той же час авторське право на OpenFOAM було передано OpenFOAM Foundation, новоствореній неприбутковій організації, яка керує OpenFOAM і розповсюджує її широкій публіці. 12 вересня 2012 року, ESI Group оголосила про придбання OpenCFD Ltd від SGI.[14] У 2014 Веллер і Гріншилдс покинули ESI Group і продовжують розробку та управління OpenFOAM, від імені OpenFOAM Foundation, на CFD Direct.[15] CFD Direct розробляє OpenFOAM версію з ідентифікатором програмного забезпечення (5.0), тоді як ESI group зараз самостійно розробляє версію з ідентифікатором програмного забезпечення (v1712).

Відмінні особливості[ред. | ред. код]

Синтаксис[ред. | ред. код]

Одним з відмінних рис OpenFOAM є його синтаксис для тензорних операцій та рівнянь в частинних похідних. Наприклад, рівняння[16]

представляється кодом

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

Цей синтаксис, досягнутий завдяки використанню об'єктно-орієнтованого програмування та перевантаженню оператора, дозволяє користувачам створювати власні розв'язувачі з відносною легкістю. Тим не менш, налаштування коду стає більш складним із збільшенням глибини в бібліотеці OpenFOAM через відсутність документації та значне використання шаблонного метапрограмування.

Розширюваність[ред. | ред. код]

Користувачі можуть створювати власні об'єкти, такі як граничні умови або моделі турбулентності, які працюватимуть з існуючими розв'язувачами без необхідності модифікувати або перекомпілювати існуючий вихідний код. OpenFOAM виконує це шляхом об'єднання віртуальних конструкторів з використанням спрощених базових класів як інтерфейсів. Як результат, це дає OpenFOAM хороші розширювальні якості.

Структура OpenFOAM[ред. | ред. код]

OpenFOAM складається з великої базової бібліотеки, яка пропонує основні можливості коду:

  • Тензорні операції та операції із векторними полями
  • Дискретизація рівнянь в частинних похідних з використанням зручного для читання людиною синтаксису
  • Рішення лінійних систем[17]
  • Рішення звичайних диференціальних рівнянь[18]
  • Автоматичне розпаралелювання операцій високого рівня
  • Динамічна сітка[19]
  • Загальні фізичні моделі
    • Реологічні моделі[20]
    • Термодинамічні моделі[21]
    • Моделі турбулентності[22]
    • Хімічні реакції та моделі кінетики[23]
    • Лагранжеві методи відстеження частинок[24]
    • Моделі випромінювання-теплопередачі
    • Методології багато- та одноканальних фреймів

Потужності, надані бібліотекою, потім використовуються для розробки додатків. Програми розробляються за допомогою синтаксису високого рівня, представленого OpenFOAM, метою якого є відтворення умовних математичних позначень. Є дві категорії додатків:

  • Розв'язувачі: вони виконують фактичний розрахунок для вирішення конкретної проблеми механіки континууму.
  • Утиліти: вони використовуються для підготовки сітки, встановлення симуляційного випадку, обробки результатів та виконання операцій, крім вирішення розглянутої проблеми.

Кожна програма надає певні можливості: наприклад, програма blockMesh використовується для створення сітки з вхідного файлу, наданого користувачем, тоді як інша програма, що називається icoFoam, розв'язує рівняння Нев'є-Стокса для нестисливого ламінарного потоку.

Нарешті, набір сторонніх пакетів використовується для забезпечення паралельної функціональності (OpenMPI) та графічної після обробки (ParaView).

Можливості[ред. | ред. код]

Моделювання спалення Метану. Графічний інтерфейс користувача - ParaView.

OpenFOAM розв'язувачі включають[25]:

  • Базові CFD розв'язувачі
  • Нестримний потік з RANS та LES можливостями[26]
  • Потік стисливої рідини з RANS- та LES-можливостями[27]
  • Розв'язувачі плавучих потоків[28]
  • DNS та LES
  • Розв'язувачі багатофазових потоків[29]
  • Розв'язувачі відстеження частинок
  • Розв'язувачі проблем згоряння[30]
  • Розв'язувачі для кон'югатної теплопередачі[28]
  • Розв'язувачі молекулярної динаміки[31]
  • Розв'язувачі симулятора Монте Карло[32]
  • Розв'язувачі електромагнетизму[33]
  • Розв'язувачі твердої динаміки[34]

Крім стандартних розв'язувачів, синтаксис OpenFOAM дозволяє легко створювати власні розв'язувачі.

OpenFOAM-утиліти поділяються на:

  • Утиліти сіток
    • Генерація сітки: вони генерують обчислювальні сітки, починаючи з вхідного файлу (blockMesh) або з загальної геометрії, яка вказується як  STL-файл, який автоматично зчеплений шістнадцятковою сіткою (snappyHexMesh)
    • Перетворення сітки: вони перетворюють сітки, створені за допомогою інших інструментів, у формат OpenFOAM
    • Маніпуляція сіткою: вони виконують певні операції на сітці, такі як локалізований пошук, визначення регіонів та інші
  • Утиліти паралельної обробки: вони надають інструменти для розкладання, реконструкції та перерозподілу обчислювального корпусу для виконання паралельних обчислень
  • Передпроектні утиліти: інструменти для підготовки випадків моделювання
  • Утиліти пост-обробки: інструменти для обробки результатів випадків моделювання, включаючи плагін для інтерфейсу OpenFOAM та ParaView
  • Поверхневі утиліти
  • Термофізичні утиліти

Ліцензія[ред. | ред. код]

OpenFOAM вільне та відкрите програмне забезпечення, випущене за умови дотримання GNU General Public License версії 3.[35]

Переваги та недоліки[ред. | ред. код]

Переваги[ред. | ред. код]

  • Привітний синтаксис для рівнянь з частковими похідними
  • Повністю документований вихідний код[36]
  • Неструктуровані багатогранні сітки
  • Автоматичне розпаралелювання додатків, написаних за допомогою високого рівня синтаксису OpenFOAM
  • Широкий вибір додатків та моделей, готових до використання
  • Комерційна підтримка та навчання, надані розробниками
  • Без витрат на ліцензію

Недоліки[ред. | ред. код]

  • Розвиток громади страждає від фрагментації, що призвело до створення численних проектів.
  • Відсутність інтегрованого графічного інтерфейсу користувача
  • Посібник для програміста не надає достатньої інформації

GUI і програмні інструменти з інтегрованим OpenFOAM розв'язувачем[ред. | ред. код]

Дивись також[ред. | ред. код]

Стаття створена за ініціативи  факультету прикладної математики та інформатики [Архівовано 12 червня 2018 у Wayback Machine.] Львівського Національного Університету імені Івана Франка [Архівовано 17 грудня 2010 у Wayback Machine.]

Посилання[ред. | ред. код]

  1. ↑ CFD Direct - The Architects of OpenFOAM. CFD Direct. Архів оригіналу за 27 March 2015.
  2. ↑ The open source CFD toolbox. OpenFOAM. Архів оригіналу за 5 лютого 2005. Процитовано 12 червня 2018.
  3. ↑ OpenFOAM Version 1.0. Архів оригіналу за 7 June 2017.
  4. ↑ OpenFOAM Version 5.0. Архів оригіналу за 6 October 2017.
  5. ↑ OpenCFD Release OpenFOAM® v1712. Архів оригіналу за 1 січня 2018. Процитовано 11 червня 2018.
  6. ↑ Release History - OpenFOAM. Архів оригіналу за 29 July 2017.
  7. ↑ OpenFOAM® History. Архів оригіналу за 12 червня 2018. Процитовано 11 червня 2018.
  8. ↑ OpenCFD. OpenFOAM® - Official home of The Open Source Computational Fluid Dynamics (CFD) Toolbox. www.openfoam.com. Архів оригіналу за 22 September 2016.
  9. ↑ Jasak, Hrvoje (1996). Error Analysis and Estimation for the Finite Volume Method with Applications to Fluid Flows (PDF). Архів оригіналу (PDF) за 25 липня 2014. Процитовано 12 червня 2018.
  10. ↑ Chen, Goong; Xiong, Qingang; Morris, Philip J.; Paterson, Eric G.; Sergeev, Alexey Sergeev,; Wang, Yi-Ching. (April 2014). OpenFOAM for Computational Fluid Dynamics. Notices of the American Mathematical Society (English) . American Mathematical Society. 61 (4): 354—363. doi:10.1090/noti1095. ISSN 0002-9920. Процитовано 1 травня 2018.
  11. ↑ Greenshields, Chris (3 квітня 2016). Release History. openfoam.org. Архів оригіналу за 29 July 2017.
  12. ↑ Wikki Ltd - About Us. Архів оригіналу за 29 травня 2018. Процитовано 11 червня 2018.
  13. ↑ Press Releases: SGI Acquires OpenCFD Ltd., the Leader In Open Source Computational Fluid Dynamics (CFD) Software. SGI. Архів оригіналу за 6 грудня 2012. Процитовано 18 грудня 2012.
  14. ↑ Acquisition of OpenCFD Ltd., The leader in Open Source software in Computational Fluid Dynamics. ESI Group. 11 вересня 2012. Архів оригіналу за 6 December 2012. Процитовано 18 грудня 2012.
  15. ↑ OpenFOAM. CFD Direct. 25 березня 2015. Архів оригіналу за 29 March 2015.
  16. ↑ OpenFOAM Features - CFD Direct. openfoam.org. Архів оригіналу за 2 April 2015.
  17. ↑ OpenFOAM Features - CFD Direct. openfoam.org. Архів оригіналу за 2 April 2015.
  18. ↑ OpenFOAM Features - CFD Direct. openfoam.org. Архів оригіналу за 2 April 2015.
  19. ↑ OpenFOAM Features - CFD Direct. openfoam.org. Архів оригіналу за 27 March 2015.
  20. ↑ OpenFOAM v5 User Guide: 7.3 Transport/rheology models. cfd.direct. 2 березня 2017. Архів оригіналу за 19 March 2016.
  21. ↑ OpenFOAM v5 User Guide: 7.1 Thermophysical models. cfd.direct. 2 березня 2017. Архів оригіналу за 19 March 2016.
  22. ↑ Turbulence Modelling - OpenFOAM - CFD Direct. cfd.direct. Архів оригіналу за 9 August 2016.
  23. ↑ OpenFOAM Features - CFD Direct. openfoam.org. Архів оригіналу за 2 April 2015.
  24. ↑ OpenFOAM Features - CFD Direct. openfoam.org. Архів оригіналу за 2 April 2015.
  25. ↑ OpenFOAM Features - CFD Direct. openfoam.org. Архів оригіналу за 21 March 2015.
  26. ↑ OpenFOAM Features - CFD Direct. openfoam.org. Архів оригіналу за 2 April 2015.
  27. ↑ OpenFOAM Features - CFD Direct. openfoam.org. Архів оригіналу за 2 April 2015.
  28. ↑ а б OpenFOAM Features - CFD Direct. openfoam.org. Архів оригіналу за 2 April 2015.
  29. ↑ Multiphase Flows - OpenFOAM - CFD Direct. cfd.direct. Архів оригіналу за 9 August 2016.
  30. ↑ OpenFOAM Features - CFD Direct. openfoam.org. Архів оригіналу за 2 April 2015.
  31. ↑ OpenFOAM Features - CFD Direct. openfoam.org. Архів оригіналу за 2 April 2015.
  32. ↑ OpenFOAM Features - CFD Direct. openfoam.org. Архів оригіналу за 2 April 2015.
  33. ↑ OpenFOAM Features - CFD Direct. openfoam.org. Архів оригіналу за 2 April 2015.
  34. ↑ OpenFOAM Features - CFD Direct. openfoam.org. Архів оригіналу за 2 April 2015.
  35. ↑ Greenshields, Chris (28 квітня 2016). Free Software Licence. openfoam.org. Архів оригіналу за 9 June 2012.
  36. ↑ OpenFOAM: Free, Open Source Software from the OpenFOAM Foundation. cpp.openfoam.org.
  37. ↑ FEATool 1.8 with OpenFOAM MATLAB CFD GUI Integration. featool.com. Процитовано 18 травня 2018.
  38. ↑ HELYX-OS GUI for OpenFOAM | ENGYS. engys.com. Архів оригіналу за 16 січня 2018. Процитовано 15 січня 2018.
  39. ↑ Administrator. Setup: iconCFD Process. iconcfd.com (en-gb) . Архів оригіналу за 1 грудня 2017. Процитовано 15 січня 2018.
  40. ↑ simFlow CFD Software - OpenFOAM® GUI. simFlow CFD (амер.). Архів оригіналу за 22 січня 2019. Процитовано 15 січня 2018.
  41. ↑ Open Source Solvers Integrated with SimScale. SimScale (амер.). Архів оригіналу за 23 вересня 2017. Процитовано 15 січня 2018.
  42. ↑ Contrib/SwiftBlock - OpenFOAMWiki. openfoamwiki.net (англ.). Архів оригіналу за 27 червня 2018. Процитовано 15 січня 2018.
  43. ↑ Contrib/SwiftSnap - OpenFOAMWiki. openfoamwiki.net (англ.). Архів оригіналу за 6 червня 2018. Процитовано 15 січня 2018.
  44. ↑ Visual-CFD for OpenFOAM®. openfoam.com (англ.). Архів оригіналу за 6 травня 2018. Процитовано 5 травня 2018.
  45. ↑ Open Source Engineering Software - silentdynamics. silentdynamics (амер.). Архів оригіналу за 12 червня 2018. Процитовано 7 червня 2018.
Отримано з https://uk.wikipedia.org/w/index.php?title=OpenFOAM&oldid=41616856