关于buoyantPimpleFoam的几个问题

cccrrryyy

看了东岳老师的buoyantPimpleFoam解析，有几个问题和疑惑提出来和大家探讨。

1、buoyantPimpleFoam采用了rhoThermo。rhoThermo里的密度FOAM里面叫thermo::rho，而求解器的密度叫做rho。很好奇这样做的原因是什么，在压力方程的开头会有一个赋值的操作，即rho = thermo.rho()，在每个时间步的末尾也会有一样的赋值操作。那rho和thermo.rho()的区别是什么？

解析里提到buoyantPimpleFoam的求解变量增加了能量和密度。我觉得这里可能会引起一些概念上的问题。虽然求解器求解了密度（#include "rhoEqn.H"），但密度最后还是被赋值了thermo.rho()。密度还是通过状态方程得到的，而状态方程里面的压力才是通过计算得出，也就是说buoyantPimpleFoam是一个基于压力的求解器，而不是基于密度的求解器。（我理解的基于密度的求解器是求解密度，然后通过状态方程得到压力；基于压力的求解器则是求解压力，然后通过状态方程得到密度）

解析末尾提到更新压力之后再次进去密度方程，但我认为这一步是为了后面的计算连续性误差（#include "compressibleContinuityErrs.H"），而不是为了求解密度。

2、和第一个问题有关，buoyantPimpleFoam是不是一定要采用rhoThermo，如果采用psiThermo会有什么问题？有人试过类似的算例么

3、解析里面对psi*correction(fvm::ddt(p_rgh))这一项的讲解很到位，不过这一项的来源是什么？在psiThermo里面我们知道FOAM是假设了rho = psi * p，那么rhoThermo里面这个假设还成立么？

4、我看到有人做过将buoyantPimpleFoam修改为一个低马赫数求解器（变密度求解器，但密度不随压力变化）的工作，为什么buoyantPimpleFoam本身不是一个低马赫数求解器？或者说buoyantPimpleFoam里哪里体现出了“密度随压力变化”这一点？

感觉成了十万个为什么

李东岳

我有计划将附加密度的瞬态求解器重写一遍 http://dyfluid.com/rhoSimpleFoam.html 这个是稳态版本对于密度的更新更详细针对你的问题我找个整块的时间看一下回复你

cccrrryyy

@东岳非常感谢！ FOAM热物性这一块一直就没彻底搞明白，稳态的解析我也学习一下。

李东岳

http://dyfluid.com/rhoSimpleFoam.html http://dyfluid.com/simplefoam.html
我重写了，尤其是rhoSimpleFoam解析，尤其是说明了rho=thermo.rho()，写的比较仓促，你先对一下看看能不能自我回答你的问题，我要出去一趟，过几天把瞬态的更新下，同时更新下thermo,.psi之类，需要很多工作

李东岳

我还把代码解析删了，代码解析写不了太细，一行一行代码分析工作量太大了，完成不了，写的不细的话，也没什么用，后续我会把所有代码解析删掉

李东岳

http://dyfluid.com/rhopimplefoam.html 我更新了下rhoPimpleFoam解析，这个跟buoyantPimpleFoam非常接近了，我下周处理buoyantPimpleFoam

cccrrryyy

@东岳太感谢了！我详细看一下之后回复你！

cccrrryyy

@东岳我回来了！不好意思隔了快一周了。看了rhoSimpleFoam和rhoPimpleFoam，目前还有以下几个问题希望和大家一起探讨。

高版本的rhoPimpleFoam既可以调用psiThermo也可以调用rhoThermo，而低版本调用的是psiThermo。给人的感觉有点混乱，这两个热物性的区别到底是什么。换句话说，psiThermo和rhoThermo是否可以随意使用，还是某些求解器只适合调用某一种。如果我想自己组装一个新的求解器怎么判断选择psiThermo还是rhoThermo呢？
还是关于密度方程的（"rhoEqn.H"）。我的理解是求解密度方程的原因是为了获得连续性误差（pEqn.H的末尾#include "rhoEqn.H"和#include "compressibleContinuityErrs.H"）。如果仅仅是这个原因，为什么每一个时间步的开头要求解密度呢。（对于rhoPimpleFoam，如果PISO修正步数小于等于1则调用"rhoEqn.H"；对于buoyantPimpleFoam则没有判定，一定要调用。）这一点其实还好，因为如果每一个时间步严格收敛了，那密度也不会再变化了，求解器密度和热物性密度应当完全一样。
综合我看到的关于buoyantPimpleFoam的解析，它适用于求解浮升力引起的温度变化而导致的密度变化。这个是不是类似于所谓的低马赫数假设（密度不随压力变化，而随温度、组分等变化）？如果是（或者不是），原因是什么？

bestucan

@cccrrryyy 第二个我知道，求解密度方程是为了求解质量守恒方程，连续性残差是密度残差的反映，具体什么关系没研究过，当做相等也没什么，顶多有个常系数关系。

质量守恒方程所运输的物理量就是密度，所以一直在围着密度转，所以时间步开头就算密度，然后通过迭代减小残差。

cccrrryyy

@bestucan 感谢回复！我理解连续性残差其实就是在算求解器得到的密度（质量守恒方程）和热物性更新得到的密度（状态方程）之间的差别，但这个步骤在每次求解完压力并更新速度之后（即pEqn.H的末尾）都已经进行了，所以不太理解为什么每个时间步的开头要计算一次密度。

bestucan

@cccrrryyy 惭愧惭愧，您的理解比我深入多了，

我再猜测一下，可能是求解动量守恒方程的时候（夹在物质守恒和能量守恒中间？）要用密度。我记得求解器里的压力是除过密度的压力。这个时候开头算不算密度应该会有影响？

好了，肚里没货了，再和您讨论要明天充充电了

李东岳

http://dyfluid.com/rhoPimpleFoam.html 公式5的描述解释了为什么要rhoEqn.H。至于Pimple多次迭代，是因为肯定会更新$A_\rP$，所以没必要开始rhoEqn.H

我昨天想更新buoyantPimpleFoam，发现这俩差不多就没写
不过我整理下heRhoThermo与hePsiThermo然后回复你

cccrrryyy

@bestucan 每天都在充电学习，谈不上理解深入或者不深入啥的。

cccrrryyy

@东岳有点理解了！buoyantPimpleFoam和rhoPimpleFoam确实差不多，我这几天想着拿一个小算例用这两个求解器试一下，感觉很有可能会解出来不一样的结果。目前我的猜测是buoyantPimpleFoam用了rhoThermo，而rhoPimpleFoam（低版本）用了psiThermo，用rhoThermo的话求解压力方程的时候密度是已知的，而用psiThermo的话求解压力方程的时候密度是未知的（或者说 psi*p 这一项 p是未知的），但不知道这样会对求解造成什么影响。

东岳老师太辛苦了，是我辈楷模！

李东岳

有点耽误这周事情有点多但我没忘这件事当我有时间我会更新我先把一段代码写完

cccrrryyy

@东岳你忙~我最近再看Ferziger和Peric那本书的Compressible Flow一章，了解的也更多了。看代码之余还是应该多温习理论！

lyc

@cccrrryyy 在关于buoyantPimpleFoam的几个问题中说：

做过将buoyantPimpleFoam修改为一个低马赫数求解器（变密度求解器

前辈您好，请问一下您说的将buoyantPimpleFoam写改为低马赫求解器的工作在哪里可以看到？谢谢

cccrrryyy

@lyc https://www.tfd.chalmers.se/~hani/kurser/OS_CFD_2018/WillHay/lowMachBuoyantPimpleFoam_Corrected.pdf

不是论文，是他们学校的课程作业，Chalmers有专门的OpenFOAM课

lyc

@cccrrryyy谢谢前辈

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关于buoyantPimpleFoam的几个问题