在网上搜索与OpenFOAM相关的颗粒两相流计算资料时,发现了一个CFD-DEM coupled simulations with Yade and OpenFOAM。
在此之前,我学习过OpenFOAM自带的颗粒计算求解器,但是自带的求解器有很多缺点,最大的缺点就是颗粒运动方程的求解精度只有一阶。
还学习过CFDEM,是OF+liggghts做联合仿真,这个liggghts学习起来很简单,很多教程可以看,但是CFDEM就没这么多教程了,唯二的一个交流群里的几节入门课程买到了1k,壁垒拉的满满的。这个我简单的跑过一个案例,但是由于参数太多,最终没有继续学下去。
一、文件下载
我们总共需要下载三个文件,第一是OpenFOAM,这里最好安装OpenFOAM-6。
1、OpenFOAM-6
为了方便,我直接下载了东岳流体网站上的OF6虚拟机。
2、Yade
yade的官网提供了Yade的gitlab链接。
yade有两种安装方法,一种是直接使用apt-get方法,另一种是源码编译。为了使用CFDEM,我们需要采用源码编译的方式。
这里我下载的是2020版本的yade,可以看出,该版本是刚刚添加了OF coupling功能。
3、Yade-OpenFOAM-coupling
这个就类似于OF+liggghts中的CFDEM文件,用来耦合流场和颗粒的。
其下载地址在github上。
二、安装步骤
万事具备,现在我们可以进行安装了。Yade官网给出了安装步骤的详细说明,甚至具体到算例运行。
1、安装OpenMPI和OpenFoam
这里我到没有安装openmpi,因为我下载的虚拟机里应该有,因为openfoam可以直接并行计算,肯定是提前有openmpi的
2、安装Yade
这一步在上面的安装步骤中没有直接体现,可能因为作者已经默认我们是yade的使用用户,所以并没指出要安装yade。
至于Enable Openfoam coupling in CMakelists.txt 是在安装yade的过程中执行的步骤。
单看这一步就会发现非常含糊不清了,显著体现了开源软件的不靠谱之处。这里说的其实是在安装yade时在CMakelists.txt文件中需要将支持open foam coupling这个选项打开。但是实际上本来选项默认就是打开的。关于这一点,可以参考这个链接。
安装yade有总共分为以下几个步骤,这里主要参考该篇链接,但是有些地方稍有不同。
2.1、安装依赖包
上面的链接给了一个网站,可以查看相应的ubuntu系统已经yade版本需要安装的依赖包,但是我进入网站之后发现,上面并没有提供版本较新的yade的选项。最后还是在官网里找到了需要安装那些依赖包。
上图说的很清楚,对于ubuntu18.04,直接输入以下命令即可
sudo apt install cmake git freeglut3-dev libboost-all-dev fakeroot \
dpkg-dev build-essential g++ python3-dev python3-ipython python3-matplotlib \
libsqlite3-dev python3-numpy python3-tk gnuplot libgts-dev python3-pygraphviz \
libvtk6-dev libeigen3-dev python3-xlib python3-pyqt5 pyqt5-dev-tools python3-mpi4py \
python3-pyqt5.qtwebkit gtk2-engines-pixbuf python3-pyqt5.qtsvg libqglviewer-dev-qt5 \
python3-pil libjs-jquery python3-sphinx python3-git libxmu-dev libxi-dev libcgal-dev \
help2man libbz2-dev zlib1g-dev libopenblas-dev libsuitesparse-dev \
libmetis-dev python3-bibtexparser python3-future coinor-clp coinor-libclp-dev \
python3-mpmath libmpfr-dev libmpfrc++-dev libmpc-dev texlive-xetex
2.2、cmake
这里就直接参考上面的链接,需要新建一个主文件myYade,然后把yade的安装文件trunk放在这个主文件里,并且新建build和install两个文件。
在build文件夹下执行camke命令,注意,这里与链接里的操作不同,我们需要额外执行ENABLE_MPI,结合链接我们需要执行的命令即为:
cmake -DCMAKE_INSTALL_PREFIX=../install ../trunk -DENABLE_MPI=1
剩下的步骤就和链接里是一致的了。
先make,再make install。
make的时间很长,得好几个小时,make install就很快了。
3、编译Yade-OpenFOAM
这一步更加简单,直接执行./Allclean,然后执行./Allwmake即可。视频中有详细演示。
需要注意的是,视频中刚好是从这一步直接开始的,因此后续步骤可以直接参考视频即可。
三、运行算例
算例的运行只参考视频也会出错,这里又要说一句开源软件的帮助文档太垃圾。
1、第一步,建立连接库
ln -s /path/to/yade/install/bin/yade-exec yadeimport.py
注意yadeimport.py这个文件,在视频里是yadelib.py,可能是版本的问题,库的名字在不同版本之间名字不同,但是yadeimport.py应该是比较适合我安装的这个版本的。
上面的/path/to/yade/install/bin/yade-exec即yade的可执行文件,我的文件目录是~/myYade/install/bin/yade-2023-07-23.git-88df7b1。
事实上,这个可执行文件就是进入到yade环境的命令。
然后就是正常的利用blockMesh创建网格,采用decomposePar进行分块,最后进行并行计算即可。
这里还有最后一个坑,我们下载的案例文件里有个run.sh文件,按理说我们执行完上面的步骤后直接sh run.sh即可运行,但是会发现报错,为什么,因为需要将
里的python改成python3。欧克,现在可以运行了。
四、补充
本来因为可以运行就万事大吉了,结果我还是高估了这个程序的稳定性,且给大家想用yade-openfoam的人泼一盆冷水。这个东西,它有bug。
首先,把mpiexec后面的-n 1改成-n 2,即用两个核进行颗粒计算,发现程序卡死不动。。。
其次,将算例的时间endTime设置的大一点,发现程序在0.034这个时刻后面卡死不动。。。
于是折腾了半天,最终还是决定放弃不再用这个玩意。。。
最后附上两个yade-openfoam耦合的理论,应该是开发者发的文章和博士论文,但是内容是关于软体纤维的,而且流场计算采用的程序也不是openfoam…
博士论文
期刊论文