观澜听风
知识

OpenFOAM初探（一）

CFD OpenFOAM Linux

前言

笔者早年的工作主要在 win10 平台进行，使用过诸如 CFX、Fluent 等商业软件，后续论文工作主要操练的是 Fluent UDF。诚然，Fluent 依托 UDF 在可操作性上已经远超其余商业 CFD 软件(待考证)，但是其缺陷依然明显：1, 界面操作繁琐，对于一些参数化的研究工作，很难通过脚本实现(GUI 依赖版本，TUI 懒得学)；2, 新功能的整合程度参差不齐，以笔者常用的 DPM 为例，功能限制较多，BUG 不少…；3, 很难修改顶层求解器，很多中间步骤需要手工；4, 安装包太大，正版太贵。 OpenFOAM 是一款流行的开源 CFD 工具箱，最初萌生体验的想法主要还是觉得自己的代码水平有些上路了(自我感觉)，此外觉得用命令行和脚本操作很有一种 Geek 的感觉～

基本介绍

OpenFOAM 主要有两大分支，一是基金会版(.org)，版本号为 OF6,7,8…，似乎是由帝国理工维护，从”血统”上讲更纯；二是ESI 版(.com)，版本号为 v1912,v2006,v2012…(前两位数字代表年份，后两位数字代表月份，第一次接触乍一看还以为这版本好几年没更新了)，由 ESI Group 维护，有那么一点点商业化的感觉。通过使用 OpenFOAM 7/8/v2006/v2012 这四个版本, 我大致了解了一下这两个分支的区别：

  • 手册 ESI 版的手册要远比基金会版的全面，后者基本就是看源码。当然总体来说 OpenFOAM 是我用过的大型开源软件里文档做的最差的，大概是为了培训收入吧。
  • 算例 ESI 版自带的 Tutorials 要比基金会版的多，比如大气边界层的建模，基金会版似乎没有。
  • 后处理 ESI 版 DPM 类的求解器输出的 lagrangian 粒子场能够通过外部安装的 Paraview 读取，而基金会版的只能通过在 ThirdParty 中编译的 Paraview 打开，而这个版本的显示性能较差。同时，如果使用的是 WSL1 这种没有显示接口的系统，使用 Windows 下的 Paraview 做颗粒后处理的话，ESI 版是唯一的选择。
  • 求解器 基金会版似乎对一些求解器做了整合，比如将动网格功能合并进了一些原始的求解器，这一点比较友好。求解器功能上两者似乎差异不大。
  • 第三方包 ESI 版支持更多的第三方内容，比如比较知名的科学计算套件 Petsc(很高端，很想学，但没空)、基于一些奇妙方法的多相流求解器 OpenQBMM(但是算例好像跑不了…)、优化大规模 IO 的 adios(听着很妙但没钱玩超算)…但是鲁迅说过，我可以不用，但它必须要有。
  • 平台支持 参考基金会官网，OpenFOAM 主要面向 Linux，同时也一定程度支持 Windows 10 和 macOS。基金会提供了面向 Linux 的源码包，以及 Ubuntu 等主流 Linux 发行版的二进制包。在 Win10 上安装 OpenFOAM(不包括虚拟机)需要安装 Linux 子系统，即 WSL。而 ESI 版提供基于 MSYS 的 OpenCFD，能在 Windows 上做到开箱即用(似乎就是个 docker?)，针对不同发行版的二进制包也更多。不过平台的支持程度并不是很关键，因为想要好好学习 OpenFOAM 还是得从编译源码包开始，使用原生 Linux 无论从性能和兼容性来看都是最佳选择，WSL 可以作为 Windows 系统上的备胎。否则 OpenFOAM 对比 Fluent 似乎没有明显优势。

环境配置

Arch/Manjaro

sudo pacman -S gcc flex cmake git openmpi

Debian/Ubuntu

sudo apt-get update
sudo apt-get install build-essential flex bison cmake zlib1g-dev libboost-system-dev libboost-thread-dev libopenmpi-dev openmpi-bin gnuplot libreadline-dev libncurses-dev libxt-dev
sudo apt-get install qt4-dev-tools libqt4-dev libqt4-opengl-dev freeglut3-dev libqtwebkit-dev