OpenFOAM研究博文集

文章标题：探究OpenFOAM高阶离散格式：深度解析与个人观点1. 引言在计算流体力学领域，OpenFOAM作为一款强大的开源CFD软件广受好评。

而在其众多特性中，高阶离散格式是其所具备的重要特性之一。

本文将深入探讨OpenFOAM高阶离散格式的原理与应用，旨在帮助读者更全面地理解这一概念。

2. 高阶离散格式的概念在OpenFOAM中，高阶离散格式指的是一种用于求解流体动力学方程的计算格式，其主要特点是高阶的数学精度和更精确地模拟流体流动的能力。

通过采用更高阶的格式，可以在保持计算效率的同时提高求解的准确性，尤其是在处理流场中的激烈变化和细节信息时表现更加出色。

3. 原理与方法OpenFOAM中实现高阶离散格式的关键在于使用更高阶的数值格式，如高阶有限体积法(High-Order Finite Volume Method)和高阶有限元法(High-Order Finite Element Method)等。

这些方法通过增加求解的多项式次数或采用更复杂的空间离散化格式来提高数值解的准确性，同时也增加了计算复杂度和存储需求。

4. 应用与实践在实际应用中，高阶离散格式的优势主要体现在对复杂流动现象的模拟中，如湍流、激波等。

通过采用高阶格式，可以更好地捕捉流场中的细微结构，提高模拟结果的准确性和稳定性。

然而，高阶离散格式并非适用于所有情况，对于一些简单流动情况，其优势并不明显，甚至可能导致不必要的计算浪费。

5. 个人观点与总结在我看来，OpenFOAM中的高阶离散格式是一种强大的模拟工具，能够在一定程度上提高流体动力学模拟的准确性和稳定性。

然而，其应用需要谨慎，需要根据具体情况进行评估和选择。

我们也需要不断关注和探索新的高阶离散格式，以应对更复杂的流体动力学挑战。

6. 结语通过本文的探究，希望读者能够更加深入地了解OpenFOAM高阶离散格式的特点与应用，以及对其有着更清晰的认识。

在实际应用中，我们应充分发挥其优势，同时也要审慎评估其适用性，以更好地解决工程实践中的流体动力学问题。

深⼊解析OpenFOAM离散格式参数字典⽂件fvSchemes在本站博⽂“使⽤OpenFOAM的基本流程”已经对fvSchemde中的⼀些基本参数字典关键字进⾏了简单的谈论，本⽂对该参数字典进⾏详细探讨。

在该字典⽂件中可能出现的关键字有interpolationSchemes 点对点插值格式snGradSchemes ⾯梯度发⽅向分量gradSchemes 梯度格式∇divSchemes 散度格式∇ •laplacianSchemes 拉普拉斯项格式∇2timeScheme 时间的⼀阶⼆阶微分格式 ∂/∂t, ∂ 2 /∂ 2 tfluxRequired 需要计算流率的场由于该部分内容较多，本⽂只对前3中格式进⾏探讨，后⾯⼏种格式在后续⽂章中说明。

（1）interpolationSchemes 插值格式。

OpenFoam中所有的插值格式有1.中⼼格式linear 线性插值（中⼼差分）cubicCorrection 三次格式midPoint 线性插值，带有对称加权2.迎风差分upwind 迎风差分linearUpwind 线性迎风差分skewLinear 带有偏度修正的线性格式QUICK Quick格式D格式limitedLinear 限制型线性差分vanLeer van Leer格式MUSCL MUSCL 格式limitedCubic 三次限制性格式4.NVD格式SFCD Self-filtered中⼼差分Gamma ψ Gamma差分（Jasak提出的⼀种格式）上⾯的插值格式可分为两类：（1）普通差分格式（中⼼格式），（2）带有对流项的差分格式（后三种）。

这两种插值格式⽤法也不⼀样。

普通差分格式：关键字＋差分格式如： default linear; //默认插值格式为中⼼差分带有对流项的差分格式：关键字＋差分格式＋表⾯流率场（速度场的表⾯插值场）。

如：default QUICK phi; //默认格式为基于表⾯流率场phi的QUICK格式有⼀些TVD/NVD格式需要⼀个系数ψ， 0 ≤ ψ ≤ 1，ψ＝0对应于该格式的最好精度，ψ＝1对应于该格式的最好稳定性，这种插值格式采⽤如下⽅式指定：关键字＋差分格式＋ψ＋phi如：default limitedLinear 1.0 phi;对于⼀些标量场的插值，有时会需要对该标量场进⾏限制（⽐如，插值结果需要在［－2，3］之间），这时候在指定插值格式的时候，需要在格式关键字前⾯加上limited 如default limitedVanLeer -2.0 3.0 ;当限制值在［0，1］内的时候，可采⽤他的⼀个特殊版本default vanLeer01;适合这种情况的有 limitedLinear 格式， vanLeer, Gamma, LimitedCubic, MUSCL和SuperBee对于向量场的插值在limited时候，采⽤⼀般名字加上V，加V之后的版本为⽓修正版本。

OpenFOAM在传热学教学中的应用【摘要】本文主要探讨了OpenFOAM在传热学教学中的重要性和应用。

首先介绍了OpenFOAM在传热学课程中的基本原理，包括自然对流、对流换热、传热传质方程等内容。

接着讨论了OpenFOAM在传热学实验和理论研究中的应用，以及在教学中的案例分析。

最后总结了OpenFOAM在传热学教学中的作用和意义，展望了其未来的发展前景。

通过本文的研究，可以更好地了解OpenFOAM在传热学教学中的价值和潜力，为教学改革和传热学领域的发展提供参考。

【关键词】OpenFOAM, 传热学, 教学, 应用, 原理, 实验, 理论研究, 案例分析, 未来发展, 作用, 意义, 发展前景.1. 引言1.1 介绍OpenFOAM在传热学教学中的重要性通过OpenFOAM，学生可以在模拟中直观地观察和分析流场、温度场等物理量的分布情况，从而更好地理解热传输的规律和机理。

OpenFOAM也提供了丰富的边界条件和求解算法，使得学生可以灵活地设置模拟参数，探究不同情况下传热过程的变化规律。

通过在OpenFOAM中进行传热学实验和理论研究，学生能够培养自主学习和问题解决能力，提升工程实践能力。

OpenFOAM在传热学教学中的重要性不言而喻。

它不仅可以帮助学生更好地理解传热学的知识，还可以培养他们的工程思维和实践能力，为他们未来的工程实践奠定坚实的基础。

在本文中，我们将探讨OpenFOAM在传热学教学中的应用，以及其在未来发展中的潜力和前景。

1.2 概述本文的研究内容和目的本文旨在探讨OpenFOAM在传热学教学中的应用，其中包括在传热学课程、实验、理论研究和案例分析中的具体应用。

通过研究OpenFOAM在传热学教学中的作用和效果，旨在总结其在教学实践中的重要性和意义，并展望未来OpenFOAM在传热学教学中的发展前景。

本文将分析OpenFOAM在传热学领域的基本原理，解释其在传热学教学中的优势和局限性，探讨其对传热学理论的启发和提升，以及探讨实际案例中的应用情况。

《基于OpenFOAM对挑流水气两相流模型试验水动力特性的数值研究》篇一一、引言随着计算流体动力学（CFD）技术的快速发展，数值模拟已成为研究水动力特性的重要手段。

OpenFOAM作为一种开源的CFD软件包，在处理复杂流体流动问题，尤其是两相流模型试验的水动力特性模拟方面，展现出强大的能力。

本文旨在基于OpenFOAM对挑流水气两相流模型的水动力特性进行数值研究，分析流动过程及现象，并为类似的两相流模拟提供理论支持和实验依据。

二、背景及研究意义在水利工程、环境科学、海洋工程等领域中，挑流水气两相流模型试验是研究水动力特性的重要手段。

然而，传统的实验方法往往受到实验条件、设备精度等因素的限制，难以全面、准确地描述复杂的流动过程和现象。

因此，基于数值模拟的方法显得尤为重要。

OpenFOAM作为一款强大的CFD软件包，可以有效地模拟挑流水气两相流的流动过程，揭示水动力特性的本质。

三、研究方法本研究采用OpenFOAM软件包进行数值模拟。

首先，根据挑流水气两相流的特点，建立合适的物理模型和数学模型。

其次，通过OpenFOAM的求解器进行数值计算，包括网格生成、边界条件设定、物理参数设置等步骤。

最后，对计算结果进行后处理和分析，得出水动力特性的相关结论。

四、数值模拟结果与分析1. 流动过程分析通过OpenFOAM的数值模拟，我们可以清晰地看到挑流水气两相流的流动过程。

在流动过程中，气体和液体相互影响，形成复杂的气液界面。

随着水流的速度和方向的变化，气液界面的形态也随之发生变化。

这些变化对水动力特性有着重要的影响。

2. 水动力特性分析在数值模拟中，我们关注了挑流水气两相流的水动力特性，如流速分布、压力分布、涡旋等。

通过分析这些特性，我们可以得出挑流水气两相流的流动规律和特点。

例如，流速分布的不均匀性会导致局部压力的变化，进而影响整个流动过程。

涡旋的存在则会对流场的稳定性产生影响。

五、结论与讨论本研究基于OpenFOAM对挑流水气两相流模型试验的水动力特性进行了数值研究。

BSMPKU 与 OpenFOAM 应用在北京某小区的模拟比较研究1 引言随着城市化进程的推进，城市面积不断扩张，城市建筑区向着高层且密集的方向发展；同时城市人口的不断增加使得人类活动产生的各种有毒气体以及气溶胶显著改变了大气的组成成分，影响着空气质量，造成严重的城市环境问题。

另一方面，全球恐怖事件频发，各种生化和放射性试剂在人口密集区释放所带来的后果令人担忧。

研究表明，当高大的建筑物分布在狭长的街道两侧时，会形成峡谷效应，使得污染物很难扩散出去，并且建筑区内建筑物高度的增加会显著降低街区内的扩散能力。

因此，了解污染物在实际城区的扩散特征具有十分重要的现实意义，并对城市规划、应急预警等有一定参考价值。

研究城市街区尺度的流场及扩散问题主要有以下几种方法：外场实验、风洞实验、计算流体力学（Computational Fluid Dynamics, CFD）模式模拟。

外场实验始于 20 世纪 70 年代，通过这种方法可以得到真实大气条件下，城市街区内流场以及扩散情况。

DePaul 等测量了不同宽高比街谷中的风场，发现当风速超过一定值时，街谷内的涡旋才会形成。

Stein 等监测了阿根廷某城市部分街区 CO 的排放情况，并与模式模拟的结果进行了对比。

Macdonald 等观测了污染物在建筑物阵列迎风面释放时，发现污染物的浓度分布是符合高斯扩散模式的。

相较于外场实验，风洞实验的实验条件易于控制且成本较为低廉，自 20 世纪 80 年代后期，开始利用风洞实验对大气及污染物的扩散进行模拟研究。

国内外学者通过风洞实验发现，街谷内污染物的扩散情况取决于街谷的几何结构以及排放源的位置。

一些研究比较了风洞与外场实验，指出两者的差异主要来自外场实验中真实大气的风向变化以及大尺度湍流的影响。

2 模式与数据介绍2.1 BSMPKUBSMPKU 分为两个子模式：第一个子模式是街区尺度的风场预报模式，该模式是基于稳态RANS 方程组耦合标准 k 湍流模型的 CFD 模式，该模式在给定适当的边界条件下，用于计算城区的风场与湍流场；第二个子模式是一个欧拉扩散模式，在给定源强数据且CFD 计算获得风场和湍流场的基础上，通过求解非稳态的雷诺平均输运方程获得浓度场。

基于OpenFOAM的三维数值波浪水槽研究及应用的开题报告一、研究背景波浪是海洋中极为重要的一种物理现象，对海洋工程、海洋运动、海洋气候等领域具有重要的影响。

波浪水槽在波浪研究、海洋工程、海洋能源等领域也有着广泛的应用。

因此，波浪水槽的研究具有重要意义。

目前，国内外已经有很多学者对波浪水槽进行了研究。

但是，在数值模拟方面，由于波浪水槽的复杂性，数值模拟方法难以准确的模拟波浪水槽中的波浪场。

基于OpenFOAM的三维数值波浪水槽研究及应用，可以提高波浪水槽的研究水平和应用价值。

二、研究目的本研究的目的是基于OpenFOAM对三维数值波浪水槽进行研究，通过数值模拟方法，得到波浪水槽中不同波浪场下的流体动力学特性，并对波浪水槽的应用进行探讨。

三、研究内容1. 构建数值波浪水槽模型。

通过一定的方法构建三维数值波浪水槽模型，包括水槽和波浪发生器。

2. 实现波浪发生器的数值模拟。

通过数值模拟方法模拟波浪发生器中的波浪场，得到波浪的相关参数，如波高、波长、波速等。

3. 实现水槽内流体的数值模拟。

通过数值模拟方法模拟波浪水槽内的流体运动，得到流体的速度、压力等参数。

4. 分析波浪水槽的流体动力学特性。

基于所得模拟结果，对波浪水槽中不同波浪场的流体动力学特性进行分析。

5. 探讨波浪水槽的应用价值。

根据所得结果，对波浪水槽在波浪研究、海洋工程、海洋能源等领域的应用价值进行探讨。

四、研究意义本研究的意义在于：1. 提高波浪水槽的研究水平。

通过基于OpenFOAM的数值模拟方法，可以更准确的模拟波浪水槽中不同波浪场下的流体动力学特性，从而提高波浪水槽的研究水平。

2. 探索波浪水槽的应用价值。

通过分析波浪水槽中不同波浪场下的流体动力学特性，可以更深入的了解波浪水槽在波浪研究、海洋工程、海洋能源等领域的应用价值，为相关领域的研究提供参考。

3. 推进数值模拟方法在海洋领域的应用。

本研究使用了基于OpenFOAM的数值模拟方法，为数值模拟方法在海洋领域的应用推广提供了新的思路和展示平台。

《基于OpenFOAM对挑流水气两相流模型试验水动力特性的数值研究》篇一一、引言随着计算流体动力学（CFD）技术的不断发展，数值模拟在水利工程、环境科学、海洋工程等领域的应用越来越广泛。

挑流水气两相流作为一种常见的自然现象和工程问题，其水动力特性的研究对于理解水流运动规律、优化工程设计和提高环境保护水平具有重要意义。

本文基于OpenFOAM这一开源CFD工具，对挑流水气两相流模型试验的水动力特性进行数值研究。

二、OpenFOAM简介OpenFOAM是一个开源的CFD软件包，具有强大的计算能力和广泛的适用性。

它采用面向对象编程语言C++编写，支持并行计算和网格自适应，能够处理复杂的流体流动问题。

在挑流水气两相流的研究中，OpenFOAM可以模拟水流、气体和颗粒物之间的相互作用，为研究水动力特性提供有力支持。

三、挑流水气两相流模型试验挑流水气两相流模型试验是研究水动力特性的重要手段。

通过搭建试验装置，模拟实际水流和气体流动情况，观察和记录水流、气体和颗粒物的运动状态和相互作用。

在试验过程中，需要关注水流速度、流向、流量等关键参数的测量和记录。

四、数值研究方法本文采用OpenFOAM对挑流水气两相流模型试验进行数值研究。

首先，根据试验装置和流动条件建立计算网格；其次，选择合适的湍流模型和两相流模型，设置边界条件和初始条件；然后，进行数值计算和结果分析。

在数值研究中，需要关注水流速度、流向、压力等关键参数的分布和变化规律。

五、水动力特性分析通过对挑流水气两相流模型试验的数值研究，可以得出以下水动力特性：1. 水流速度分布：在挑流过程中，水流速度在不同位置和方向上存在差异。

通过数值模拟，可以得出水流速度的分布规律，为优化工程设计提供依据。

2. 流向变化：挑流过程中，水流的流向会发生变化。

通过数值模拟，可以分析流向变化的原因和规律，为预测和控制水流运动提供依据。

3. 能量损失：挑流过程中，由于水流与气体、颗粒物的相互作用以及水流内部的摩擦等因素，会产生能量损失。

openfoam rhopimplefoam详细解析摘要：一、OpenFOAM 简介1.OpenFOAM 的背景与历史2.OpenFOAM 的特点与优势二、RhoPimpleFoam 介绍1.RhoPimpleFoam 的定义与作用2.RhoPimpleFoam 与其他OpenFOAM 求解器的区别三、RhoPimpleFoam 的详细解析1.RhoPimpleFoam 的基本原理2.RhoPimpleFoam 的算法流程3.RhoPimpleFoam 的关键技术四、RhoPimpleFoam 的应用领域1.RhoPimpleFoam 在流体力学中的应用2.RhoPimpleFoam 在多相流中的应用3.RhoPimpleFoam 在传热中的应用五、OpenFOAM 与RhoPimpleFoam 的未来发展1.OpenFOAM 的持续发展2.RhoPimpleFoam 的优化与改进3.RhoPimpleFoam 在未来的广泛应用正文：【OpenFOAM 简介】OpenFOAM（Open Field Operation and Manipulation）是一款开源的流体力学求解器，广泛应用于计算流体力学（CFD）领域。

它拥有丰富的物理模型和强大的求解器，可以解决各种复杂的流体问题。

OpenFOAM 的发展历程悠久，经过多年的不断优化与改进，已经成为了CFD 领域的重要工具。

【RhoPimpleFoam 介绍】RhoPimpleFoam 是OpenFOAM 中一种特殊的求解器，主要用于求解不可压缩流体（例如水）的稳态或瞬态问题。

与OpenFOAM 中的其他求解器相比，RhoPimpleFoam 具有更高的精度和更快的求解速度。

这主要得益于它采用了先进的Pimple 算法，可以有效地捕捉流体运动中的激波和涡旋。

【RhoPimpleFoam 的详细解析】RhoPimpleFoam 基于有限体积法（FVM），通过求解连续性方程、动量守恒方程和能量守恒方程来模拟流体运动。

OpenFOAM在传热学教学中的应用1. 引言1.1 研究背景传热学是热力学的一个重要分支，研究物体内部及其周围的热传导和传热规律。

传热学在工程领域有着广泛的应用，如航空航天、化工、能源等领域都需要对传热学进行深入研究。

传热学教学是工程专业中一门重要的课程，通过传授传热学知识和实践技能，培养学生的工程思维和分析问题的能力。

本文将重点探讨OpenFOAM在传热学教学中的应用，分析其在传热学教学中的基础应用、案例分析、优势、展望以及挑战与解决方案，旨在探讨如何更好地利用OpenFOAM这一工具，提升传热学教学质量和学生的学习效果。

1.2 研究意义传热学是热力学和流体力学的重要分支学科，研究物体内部和表面间的热能传递过程。

传热学在工程领域有着广泛的应用，包括热传导、对流传热和辐射传热等方面，涉及到许多工程问题的解决。

传热学的研究不仅可以为工程实践提供理论支持，还可以为节能减排和新能源开发等领域提供技术支持。

传热学教学是培养工科学生的重要课程，通过传热学教学可以使学生掌握传热学的基本理论和应用技术，培养其工程实践能力。

传热学教学中的有效教学方法和工具对于学生的专业能力提升至关重要。

OpenFOAM作为开源的计算流体动力学（CFD）软件，具有强大的求解器和后处理功能，广泛应用于流体力学和传热学领域。

在传热学教学中，利用OpenFOAM可以进行传热问题的数值模拟和实验，帮助学生更好地理解传热学理论，提高其科研和工程实践能力。

在传热学教学中应用OpenFOAM具有重要的研究意义和实践价值。

2. 正文2.1 OpenFOAM在传热学教学中的基础应用OpenFOAM是一款开源的计算流体动力学软件，广泛应用于工程领域的传热学教学中。

在传热学教学中，OpenFOAM具有许多基础应用，如模拟流体传热现象、研究传热机理、优化传热设备等方面。

通过OpenFOAM进行传热学教学可以帮助学生理解流体传热的基本原理。

学生可以通过建立传热模型，运行仿真实验，分析结果数据，从而深入了解传热过程中的热传导、对流传热、辐射传热等基本概念。

基于OpenFOAM的桥梁主梁断面静气动性能研究应旭永;ZASSO Alberto;许福友;ARGENTINI Tommaso;Rocchi Daniele【摘要】以意大利某斜拉桥为工程背景,通过风洞实验和CFD数值模拟对闭口箱型主梁断面的静气动性能进行了研究.基于开源程序OpenFOAM,数值模拟了方形断面和不同攻角下主梁断面的静气动系数和表面压力系数分布,将模拟得到的结果与实验结果进行了对比分析,进一步研究了主梁断面下表面圆倒角对静气动性能的影响,并从流场的角度定性的对计算实验结果进行了机理解释.结果表明;OpenFOAM模拟得到的方形断面和不同攻角下主梁断面气动系数和实验结果基本吻合;对于闭口箱型主梁断面,下表面圆倒角对其气动性能有较大的改善作用.【期刊名称】《武汉理工大学学报（交通科学与工程版）》【年(卷),期】2016(040)003【总页数】5页(P437-441)【关键词】数值模拟;OpenFOAM;主梁断面;气动性能;三分力系数【作者】应旭永;ZASSO Alberto;许福友;ARGENTINI Tommaso;Rocchi Daniele 【作者单位】大连理工大学桥梁工程研究所大连 116023;Department of Mechanical Engineering, Politecnico di Milano, Mialno 20133;大连理工大学桥梁工程研究所大连 116023;Department of Mechanical Engineering, Politecnico di Milano, Mialno 20133;Department of Mechanical Engineering, Politecnico di Milano, Mialno 20133【正文语种】中文【中图分类】U441.2现代桥梁跨径日益增大，使得结构的阻尼和刚度大幅度降低，导致结构对风的作用更加敏感，因此桥梁结构的风振稳定性成为大跨度桥梁安全的控制因素之一.长期以来，风洞实验是桥梁气动性能研究的最直接手段[1].郭震山[2]通过缩尺节段模型实验，测量了一桥梁主梁断面不同攻角下的静气动三分力系数，并进一步研究了其邻近新建桥梁对既有桥梁的气动干扰效应.周立等[3]通过风洞实验研究了栏杆、汽车等对汽车-主梁桥面系统的静气动性能的影响.Vairo[4]采用有限体积法模拟了典型桥梁断面的三分力系数；Sarwar等[5]基于大型商用计算流体力学(CFD)求解器Fluent，采用三维大涡模拟技术模拟了一典型流线型主梁断面的绕流场，同时研究了附属设施对主梁断面静气动性能的影响；应旭永等[6]基于Fluent求解器模拟了苏通大桥主梁断面的绕流场，并提出一种基于连续扭转振动的三分力系数快速数值识别方法，显著提高了计算效率.此外，国内许多学者对桥梁断面静气动性能也进行过许多数值模拟研究[7-8].相比风洞实验，基于CFD的数值模拟方法具有低成本、省人力、快捷等优点，并具有很好的可重复性，而且方便设置不同的参数以及考察它们的影响，便于工程结构初始选型和优化设计.OpenFOAM是基于C++编写的开源CFD程序，其开放性、完全面对对象的程序设计和完善的分层框架构件，方便用户开发新的模型和求解器.本文以意大利某斜拉桥为工程背景，通过节段模型测力风洞实验，识别出该桥主梁断面不同攻角下的静气动三分力系数和表面压力系数分布，同时基于OpenFOAM建立了方形断面和该桥主梁断面绕流场模拟的数值模型，并将模拟得到的结果与实验结果进行了对比分析.进一步研究了主梁断面下表面倒角对静气动性能的影响，并从流场的角度定性的对实验结果和计算结果进行了机理解释.对图2所示主梁断面进行了节段模型风洞实验，该断面是意大利某已建成斜拉桥的主梁断面，实验在米兰理工大学风洞实验室中进行，主梁节段模型宽1 m，长2.91 m，见图1～2.节段模型除气动外形相似以外还需要要求刚度足够大，模型骨架由铝合金杆件构成，模型的风嘴段和中间段分别采用木板和铝合金薄板来模拟外衣以保证几何相似性.需要指出的是，实际桥梁主梁断面底板与斜腹板的夹角是尖角，而实验模型由于此处采用铝合金薄板来模拟外衣，很难做到尖角，所以对于实验模型相当于在底板与斜腹板的夹角处倒了一个很小尺寸的圆角.本文后续数值模拟将会探讨此处倒角对断面静气动性能的影响.测力系统安装在节段模型的中心，为了提高测力系统的精度，本实验采用两端设置补偿段来减小模型端部的三维效应.测压系统由绕着模型中心位置的78个测压点组成，并分别连接高频压力扫描阀，采样频率为100 Hz.结构风工程中的流体为近地层大气，可看做是近似不可压牛顿粘性流体.在直角坐标系下，连续性方程和不可压N-S方程(动量方程)为式中:i,j为1,2；空气密度ρ为1.225 kg·m-3;粘性系数ν为1.46×10-5 Pa·s.为考虑湍流效应，引入SST 湍流模型，该模型能够能够广泛适用于各种复杂流动.SST 模型具体形式以及参数取值可参考文献[9]，本文不再赘述.OpenFOAM采用有限体积法离散求解Navier-Stokes方程组，本文将基于OpenFOAM程序中的非定常湍流求解器pisoFoam进行求解.计算过程中采用限制线性格式离散N-S方程组对流项，用欧拉隐式格式进行时间推进，速度压力耦合采用压力的隐式算子分割算法(PISO)进行求解.方柱绕流是流体力学领域非常经典一种绕流问题，在桥梁结构中，拱肋、桥塔塔柱、墩台等计算也经常设计成方形截面.为了验证本文数值模拟方法的精度，首先利用OpenFOAM模拟了方柱的非定常绕流场.国内外很多学者通过风洞实验或是数值模拟对方柱绕流进行了深入研究，也为本文的验证计算提供了重要的对比依据.主梁断面尺寸见图1，缩尺比为1∶30.整个计算域包含结构化网格和非结构化网格，内层为结构化网格，外层为非结构化网格，桥梁断面的近壁面网格见图3.计算域进口处采用速度进口边界条件；出口处为完全发展出口边界；断面表面采用无滑移壁面，近壁处用增强壁面函数法来处理；计算域两侧采用自由边界条件.静气动三分力系数是桥梁静气动特性研究的一项基本内容.按体轴坐标系桥梁断面上的三分力系数为式中：ρ，U分别为空气密度和来流平均风速；B，D分别为桥梁断面宽度和高度；FH，FV，MT为相应的桥梁断面单位长度上受到的气动阻力、升力和扭矩；CD，CL，CM分别为阻力系数、升力系数和扭矩系数.Strouhal数是反应漩涡脱落频率相对来流速度快慢的量纲一的量，表达为式中：f为漩涡脱落频率，可以由升力系数时程曲线通过频谱分析得到，也叫Strouhal频率；U为自由来流风速.表1给出了本文数值模拟计算的雷诺数Re=21 400方柱静气动参数与文献结果的对比.可见，本文通过OpenFOAM模拟得到的方柱平均阻力系数、脉动升力系数和Strouhal数与实验结果吻合的很好，而且与文献[10]采用FLUENT软件的计算结果也基本一致.图4给出了方柱表面平均压力系数的数值模拟结果与实验结果的比较.可以注意到2个实验结果存在一些差异，尤其在上、下表面和后表面，说明钝体绕流问题本身对周围流场参数是非常敏感的；本文数值模拟得到的压力系数结果基本处在2个实验结果中间.以上结果表明，本文数值方法方法可以较为准确的模拟钝体断面的非定常绕流场.利用相同的数值模拟方法，同时为了考察下表面倒角对模型静气动性能的影响，分别数值模拟了桥梁断面原始模型(R/B=0)和两种不同尺寸倒角模型(R/B=0.05，R/B=0.1)的绕流场.图5给出了不同攻角下三分力系数的实验结果和数模模拟结果的对比.可见在较小攻角范围内，阻力系数的变化幅度较小，但是随着攻角的进一步增大，由于模型断面迎风面积的迅速增大，使得阻力系数急剧增大.由于断面上、下表面不对称，造成了阻力系数在正、负攻角下的变化斜率有些差异.在负攻角下，测压实验得到的阻力系数要比测力实验得到的阻力系数要偏小，这种偏差主要是由于测力实验考虑了模型表面粗糙度对气动力的影响，而测压实验和数值模拟均未考虑这种影响.此外，0°攻角和-6°攻角下，数值模拟的阻力系数计算结果和测压实验结果基本吻合，此时模型下表面倒角对阻力系数的影响也不大；6°攻角下，原始模型的数值模拟结果要比实验结果偏大50%左右，但是下表面倒圆角模型的阻力系数与实验结果基本吻合.随着攻角的增大，模型的升力系数和扭矩系数单调增大.当攻角大于6°时，升力系数的增大幅度逐渐放缓，而扭矩系数随着攻角的增大而减小.升力系数和扭矩系数的数值模拟值结果变化趋势能与实验结果保持一致.6°攻角下，下表面倒角使断面升力系数大幅度减小，其余攻角影响不大.此外，下表面倒角对各攻角下的扭矩系数影响均较小.图6给出了不同攻角下，原始断面和倒角断面模拟得到的时均流线图对比.可见0°攻角下，流线在模型上表面迎风端发生了较小的分离，很快又再附到模型表面，并在上表面后缘再次发生分离；流线在模型下表面迎风端未发生分离，沿着模型表面在底板后缘和斜腹板的夹角处发生分离；尾流区由于流线的分离生成了一对较大的反向回流涡.对比原始断面和倒角断面的流线图，两者的流场特性在0°攻角下基本一致，因此此时两种模型的三分力系数也基本相同.-6°攻角下，流线在模型上表面迎风端未发生分离，而在上表面后缘才发生分离；在下表面迎风端，流线发生了较小的分离，并生成了一个较小的分离涡，流线很快又再附到斜腹板表面，直到底板后缘和斜腹板的夹角处发生再次分离.此外，-6°攻角下，模型下表面倒角对绕流场特性也几乎没有影响.6°攻角下，原始模型和倒角模型的流线图产生了较大的差异.随着攻角的增大，模型上表面流动的分离大幅度的增强，对于原始断面，分离后的流线并未在上表面发生再附，而对于倒角断面，分离后的流线在上表面后缘发生了再附.模型下表面倒角削弱了流动的分离强度，分离剪切层也更加靠近模型表面，从而导致此时倒角断面的阻力系数要相对较小.流动在模型下表面迎风端均未发生分离，但在底板后缘和斜腹板的夹角处，原始断面发生了再次分离，而倒角断面未发生分离.图7给出了6°攻角下原始模型和倒角模型的表面时均压力系数分布对比，可见下表面倒角减小了上表面的压力值、增大了下表面的压力值，从而导致此时倒角断面的升力系数要相对较小.倒角断面的压力系数分布与实验结果更加的吻合，尤其是下表面的分布.此外，不同尺寸的倒角对断面绕流场及压力系数分布影响不大.由以上数值模拟结果可见，断面外形的细微变化会对其气动性能产生较大的影响.对于类似本文研究的闭口箱型主梁断面，在正攻角下，下表面倒角会一定程度上抑制断面流动分离，大幅度的减小断面三分力系数，从而改善结构的气动性能.此外，在设计风洞实验模型的时候，尽量保证模型外形与实际结构相似，尤其是倒角模拟的一致性，以免造成较大的误差.1) 开源程序OpenFOAM模拟得到的方柱断面和不同攻角下主梁断面的静气动系数与实验结果能够较好的吻合，因此利用OpenFOAM研究桥梁断面气动性能是可行的.2) 对于闭口箱型主梁断面，断面外形的细微变化会对其气动性能产生较大的影响.尤其是在正攻角下，下表面倒角会一定程度上抑制断面流动分离，大幅度的减小断面三分力系数，从而改善结构的气动性能.3) 在设计风洞实验模型的时候，尽量保证模型外形与实际结构相似，尤其是倒角模拟的一致性，以免造成较大的误差.。