OF實(shí)用小工具，消滅熱力學(xué)參數(shù)Tcommon不一致

今天給大家分享一個(gè)非常實(shí)用的小工具，可以解決OpenFOAM熱力學(xué)參數(shù)計(jì)算的一個(gè)小Bug

OpenFOAM對(duì)于混合物的處理都是采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)加權(quán)平均，參見 multiComponentMixture.C

...
    for (label n=1; n<Y_.size(); n++)
    {
        mixture_ += Y_[n][celli]*speciesData_[n];
    }
...

這里定義的加權(quán)是一種”隱式“的加權(quán)，參見 janafThermoI.H

...
    {
        highCpCoeffs_[coefLabel] =
            Y1*highCpCoeffs_[coefLabel]
          + Y2*jt.highCpCoeffs_[coefLabel];

        lowCpCoeffs_[coefLabel] =
            Y1*lowCpCoeffs_[coefLabel]
          + Y2*jt.lowCpCoeffs_[coefLabel];
    }
...

以比熱容為例，如果選用janafThermo模型，OpenFOAM并不會(huì)直接計(jì)算每個(gè)組分的然后求平均，而是將thermo.dat中用于計(jì)算的多項(xiàng)式系數(shù)都對(duì)應(yīng)相加，然后再代入溫度求得混合物的。
在thermo.dat中我們需要給定Tmax，Tcommon和Tmin用來指定不同溫度范圍內(nèi)多項(xiàng)式系數(shù)的選取。如果在thermo.dat中不同組分的Tmax和Tmin不同，OpenFOAM會(huì)選擇最大的Tmin和最小的Tmax來作為邊界溫度，從而保證熱物性參數(shù)擬合的準(zhǔn)確性，但是如果出現(xiàn)不同的Tcommon，OpenFOAM只會(huì)采用用第一種組分的Tcommon來計(jì)算熱物性參數(shù)，導(dǎo)致某些組分多項(xiàng)式參數(shù)的錯(cuò)誤選取，造成諸如比熱容、焓等參數(shù)的嚴(yán)重偏差，甚至Crash. 針對(duì)這個(gè)Bug，OpenFOAM官方曾經(jīng)有過Bug report，但最終也沒有給出滿意的處理結(jié)果。
最近來自天津大學(xué)的章嚴(yán)同學(xué)開發(fā)了一款基于Cantera的小工具，可以將多組分不同的Tcommon通過擬合調(diào)整為統(tǒng)一的Tcommon，目前該程序已經(jīng)再Github上開源：fitData_Cantera，使用起來也非常方便

• 安裝Cantera

conda create --name spam --channel cantera cantera ipython matplotlib

• 激活Cantera

conda activate spam

• 將chemkin格式的機(jī)理文件轉(zhuǎn)為Cantera可識(shí)別的 *.cti 格式

ck2cti --input=chem.inp --thermo=thermo.dat --transport=trans.dat --output=mech.cti

• 根據(jù)實(shí)際情況修改腳本（更改機(jī)理名稱）

• 運(yùn)行程序

python fitData_cantera.py

• 得到新的統(tǒng)一Tcommon的thermoNEW.dat

關(guān)于OpenFOAM為什么采用“隱式”平均的方法求混合物的熱物性參數(shù)，CFD online上曾經(jīng)有過討論，參見鏈接。網(wǎng)友指出這種“隱式”平均的方法有可能提高計(jì)算效率，但是在Bug report中，熱心的群眾經(jīng)過實(shí)際測(cè)試發(fā)現(xiàn)這種“隱式”平均的方法反而比先求各個(gè)組分的參數(shù)然后平均的方法慢許多，如果大家對(duì)此有過研究，歡迎評(píng)論區(qū)交流討論。

最后，再次感謝天津大學(xué)章嚴(yán)同學(xué)的辛勤Coding和無(wú)私奉獻(xiàn)，開源和共享才是OpenFOAM社區(qū)的初心！