OpenFOAM中预编译了大量适用于各种应用场景的求解器，但有时可能希望向现有求解器中添加一些内容，或者基于新的研究开发新的求解器。本案例将演示如何将温度的标量输运方程添加到icoFoam求解器。

通过利用OpenFOAM的现有功能及其独特的体系结构，实现此求解器只需要对现有代码进行少量的修改即可。

本案例中，温度被模拟为一个守恒的被动标量，也就是说其不会影响流体的压力或速度，这种情况仅适用于温度变化相对较小的问题中。从速度场到温度的单向耦合通过温度方程中的对流项来考虑：

求解器icoThermalFoam从icoFoam改编而来，因此先从solver目录中将icoFoam的源代码拷贝到工作目录。

利用下面的命令完成文件准备工作。

cd $FOAM_RUNmkdir Demo && cd Democp -r $FOAM_SOLVERS/incompressible/icoFoam icoThermalFoamcd icoThermalFoam

文件结构如下图所示。

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icoThermalFoam.CEXE = $(FOAM_APPBIN)/icoThermalFoam

这里的$FOAM_APPBIN为环境变量，求解器编译到此位置后在全局均可直接调用。

求解器包含了一个createFields.H的头文件，该文件从OpenFOAM案例中读取各种字典文件来获取求解数据。本案例中需要从字典文件中获取参数DT以及T，其中DT为物性参数，T为场变量。

修改createFields.H头文件，在其中添加下面的代码：

// 从字典文件中读取DT，这里读的是物性参数，从transportProperties字典文件中读取dimensionedScalar DT(    "DT",  // 字典文件中关键字的名称，后面在案例字典中指定的关键字必须与一致    dimViscosity,   // 指定量纲，这里利用预置的量纲dimViscosity，也可以使用dimensionSet自己定义量纲    transportProperties   // 前面定义的transportProperties字典); // 读取各边界的温度数据，参照p文件Info << "Reading field T\n" << endl;// 定义标量场TvolScalarField T  (    // 创建IOobject对象作为标量场的参数，IOobject对象指定了标量的参数    IOobject    (        "T",      // 定义了文件名为T，后面准备案例文件时在0文件夹中需要有相应的T文件        runTime.timeName(),  // 文件位置        mesh,				// 注册对象        IOobject::MUST_READ,  // 指定数据必须读取，若0文件夹中没有T文件，则报错        IOobject::AUTO_WRITE  // 指定数据自动写入，在源文件中的write()函数会将计算结果数据写入T文件中    ),    mesh);

这里是常规的文件读取，前面已经讲过，就不细述了。

需要在源文件icoThermalFoam.C中写入控制方程。

由于温度T的输运方程与压力和速度是解耦的，因此可以将温度求解放在压力速度修正之后。

修改后的源文件为（文件前半部分没有列出）：

            #include "continuityErrs.H"            U = HbyA - rAU*fvc::grad(p);            U.correctBoundaryConditions();        }        //将温度控制方程加到这里        // --------------求解温度控制方程-------------------        solve        (            fvm::ddt(T) + fvm::div(phi,T) == fvm::laplacian(DT,T)        );        //------------------------------------------------        runTime.write();  // 将所有指定为写入的物理场数据写入到文件中         runTime.printExecutionTime(Info);    }    Info<< "End\n" << endl;    return 0;}

修改完毕后可以通过wmake编译程序。

编译完毕后可以输入icoThermalFoam -help测试是否求解器是否能够调用。如下图所示。

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从前面的源代码可以看出，求解器icoThermalFoam需要读入物性参数DT及场变量T。这里采用修改OpenFOAM自带案例cavityClipped来进行测试。

利用下面的命令准备文件：

cp -r $FOAM_TUTORIALS/incompressible/icoFoam/cavity/cavity .cd cavitycd 0 && cp p T && cd ..blockMesh

案例文件结构如下图所示。

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FoamFile{    version     2.0;    format      ascii;    class       dictionary;    object      transportProperties;}// * * * * * * * * * * * * * //nu              0.01;DT              0.001;  // 关键字DT与前面程序中的名称保持一致，这里不需要指定量纲（V9版本可能不同）

由于在createFileds.H头文件中读取DT时指定了量纲为dimViscosity，因此在字典文件中不再需要指定量纲。

FoamFile{        version         2.0;        format          ascii;        class           volScalarField;        location        "0";        object          T;}// 指定量纲与初始值dimensions              [0 0 0 1 0 0 0];internalField           uniform 300;// 指定边界条件boundaryField{        lid        {                type    fixedValue;                value   uniform 400;        }         fixedWalls        {                type    fixedValue;                value   uniform 300;        }         frontAndBack        {                type    empty;        }} 

FoamFile{    version     2.0;    format      ascii;    class       dictionary;    object      fvSchemes;}// * * * * * * * * * * * * * * * // ddtSchemes{    default         Euler;} gradSchemes{    default         Gauss linear;} divSchemes{    default         none;    div(phi,U)      Gauss linear;    // ---添加温度方程离散格式---    div(phi,T)      Gauss linear;} laplacianSchemes{    default         Gauss linear orthogonal;} interpolationSchemes{    default         linear;} snGradSchemes{    default         orthogonal;}

FoamFile{    version     2.0;    format      ascii;    class       dictionary;    object      fvSolution;}// * * * * * * * * * * * * * * * * * // solvers{    p    {        solver          PCG;        preconditioner  DIC;        tolerance       1e-06;        relTol          0.05;    }     pFinal    {        $p;        relTol          0;    }     U    {        solver          smoothSolver;        smoother        symGaussSeidel;        tolerance       1e-05;        relTol          0;    }    // ---添加T方程求解方式-----    T    {        solver          smoothSolver;        smoother        symGaussSeidel;        tolerance       1e-05;        relTol          0;    }    //---------------------------} PISO{    nCorrectors     2;    nNonOrthogonalCorrectors 0;    pRefCell        0;    pRefValue       0;}

测试文件准备完毕后，可以在案例根目录下运行命令进行求解计算：

icoThermalFoam

计算完毕后查看结果，如下图所示。

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总结一下，利用OpenFOAM开发一个新的求解器的基本步骤包括：

使用的时候主要注意：

其他的就没什么了。本案例极为简单，仅为演示而已，不过复杂的求解器，其实套路也都是一样的。

OpenFOAM高层编程其实还是比较简单的，主要是熟悉各种模板类的调用，搞清楚数据结构以及数据之间的调用关系基本上就能上手了。高层编程其实还是属于应用范畴，谈不上开发，这部分工作并不难，真正难的是开发底层算法而不是编写程序，OpenFOAM的架构设计非常漂亮，将各种算法转化为代码其实都是体力活儿而已。但是算法的推导就比较难了，不过万幸的是有那帮子搞纯理论的人在为这事儿掉头发。

（完）