数值耗散和数值频散

对非线性化项的处理

OpenFOAM程序最基本的架构

OpenFOAM里的代码和C++的区别

关于#include的文件

fvCFD.H

using namespace std

主函数main函数

编译

Make/options文件内容指定

报错咋办

OpenFOAM中的内置类型非常多

OpenFOAM中包含了一些自定义的宏

C++代码例子

OpenFOAM实例

代码封装

数值耗散和数值频散

由于cfd旨在用差分方程代替微分方程，所以差分方程是微分方程的逼近，但二者之间总有误差。误差由阶次不同，可造成解的耗散和频散，其中耗散就如给流场添加了人为的粘性一样，使得本来尖锐的突越变得平滑，分辨率降低。

简单的说截断项中偶数阶微分的存在使得解具有耗散性，奇数阶微分的存在使得解具有频散性。比如一道正弦曲线，耗散使之幅值变低，而频散使之相位和周期发生变化。

https://zhidao.baidu.com/question/399291950.html

对非线性化项的处理

由于非线性求解器非常复杂，因此在OpenFOAM均采用线性化处理。

OpenFOAM程序最基本的架构

每个程序会通过单独一个文件夹来包含（如myFirstFoam文件夹），在这个文件夹下，存在一个Make文件夹，Make中包含files和options文件。同时在myFirstFoam文件夹中，需要包含程序文件（如myFirstFoam.C）。

目录文件夹下的.C文件是OpenFOAM/C++的主程序（注意大写）；

Make文件夹是OpenFOAM特有的，里面主要包含两个文件files和options；

files用来指定OpenFOAM顺序进行编译的文件名称以及路径；

options用来指定OpenFOAM需要调用的外挂库的路径以及名称；

OpenFOAM里的代码和C++的区别

输出语句中的cout被Info替代，Info是OpenFOAM中用来输出的语句。不仅仅可以输出字符串，也可以输出其他各种的场（比如体向量场等）。后面的nl在OpenFOAM中用来表示换行，等同于C++中的endl。

$(LIB_SRC)是一个环境变量，在OpenFOAM中等同于$(FOAM_SRC)，其真实的位置可以通过键入echo $FOAM_SRC来查看。

关于#include的文件

后期编程的时候，则是用户需要自己去OpenFOAM源文件里面找的。需要什么头文件，就写什么头文件。举例，用户可能需要在编程环境中调用volScalarField类型，这样，就需要在程序最开始，将volScalarField这个类型进行包含。在OpenFOAM中，可以通过#include "volFields.H"来处理。其中的volFields.H，只能用户自己去找，没有规律。

fvCFD.H

OpenFOAM中fvCFD.H文件是一个非常大的框架，它把OpenFOAM中大部分的基本的类型都包含了，在初学不知道应该调用OpenFOAM具体的什么类型的时候，建议直接把fvCFD.H文件进行包含省去寻找具体头文件的过程。

using namespace std

using namespace std之后，就省去了std::，可以直接引用std空间里面的函数和变量。

一个中大型软件往往由多名程序员共同开发，会使用大量的变量和函数，不可避免地会出现变量或函数的命名冲突。当所有人的代码都测试通过，没有问题时，将它们结合到一起就有可能会出现命名冲突。

例如小李和小韩都参与了一个文件管理系统的开发，它们都定义了一个全局变量 fp，用来指明当前打开的文件，将他们的代码整合在一起编译时，很明显编译器会提示 fp 重复定义（Redefinition）错误。

为了解决合作开发时的命名冲突问题，C++ 引入了命名空间（Namespace）的概念。请看下面的例子：

namespace Li{  //小李的变量定义FILE fp = NULL;
}
namespace Han{  //小韩的变量定义FILE fp = NULL
}

小李与小韩各自定义了以自己姓氏为名的命名空间，此时再将他们的 fp 变量放在一起编译就不会有任何问题。

namespace 是C++中的关键字，用来定义一个命名空间，语法格式为：

namespace name{//variables, functions, classes
}

::是一个新符号，称为域解析操作符，在C++中用来指明要使用的命名空间。

http://c.biancheng.net/view/2192.html

主函数main函数

main函数是一个特殊的函数，在可执行的OpenFOAM/C++程序中，它总是最先运行的代码。int main()声明了一个叫做main的函数，它没有参数。如果有参数的话，它们的名称应该出现在小括号()。但具有一个返回值，类型为int，因此在程序的最后，会存在一行代码return 0;。最简单的理解方法是，将所有的主程序函数头都写成int main()（当然你可以写成void main()，它并不需要返回值）。但其中的main是不能变的，大小写也不能变，必须这样写。

编译

OpenFOAM中所有的程序（库）的编译器调用命令为：wmake，用户应该切换到程序目录下，运行wmake

Make/options文件内容指定

options用来指定OpenFOAM需要调用的外挂库的路径以及名称；

报错咋办

同时注意，在提示missing separator错误之后，即使添加好\也依然会报错。这时候需要用wclean命令清空一下，再运行wmake。提醒：某些情况下如果Gcc编译器不匹配你的OpenFOAM版本号，也会出现类似问题。这也解释了，为什么比较高版本的OpenFOAM需要比较高版本的Gcc编译器。

OpenFOAM中的内置类型非常多

比如：

volScalarField 体标量场：比如CFD中定义在网格上的温度场；
volVectirField 体矢量场：比如CFD中定义在网格上的速度场；
fvScalarMatrix 标量矩阵：比如CFD中离散湍流动能生成的稀疏线性系统；
autoPtr OpenFOAM智能指针：OpenFOAM自定义的智能指针；
processor 处理器边界类型：并行计算的处理器边界类型；

在这里并不能够全部列举。这需要同学们在以后使用OpenFOAM的过程中持续的摸索。

常用类总结：http://blog.sina.com.cn/s/blog_5333fbde0100dagt.html

对于程序，最常用到的，也是最底层的就是数据，在OpenFOAM中引入了三类基础数据类型：标量scalar, 向量vector, 张量tensor.这三个中数据类型，也是FOAM中最基础的三个类。(还有一个比较重要的就是bool和label，前者就是是非型，及对错型，只不过是更扩展一些，后者是标签型数据，相当于c中的整型。关于更多的其它数据类型可以参看目录..\src\OpenFOAM\primitives里面)

在上述数据类的基础上，增加场（field）的概念，就引入了标量场scalarField, 向量场vectorField, 张量场tensorField.实际上这三个类又是field类的typedef，如typedef field<scalar> saclarField。这些场类中都有对应的成员函数进行加减乘除运算，还有复杂的点积叉积等。说到这field class,其实他就像是一个数据存放的区域一样，存放上scalar，那它成了标量场scalarField。这些类中可以有接口实现数据的计算。从field类中又派生出了FieldField类，这个就是说场中场类，其实这个主要用于边界条件类的一个基类。因为边界条件算是网格类场中的一个特殊的场，后面会介绍。

比field类高一点的就是几何场类 GeometricField class，其相比field class多了纪录场位置的相关信息。说到这里请大家注意他和polyMesh class的区别，后者只是纪录网格的结构，如点的位置、面的组成、体的组成等等，polyMesh class中对应有pointMesh,surfaceMesh,volMesh等类，从字面上很容易理解其处理和记录网格点、网格面、网格体等信息。而GeometricField类，其则是记录了在什么样的网格上有量a的相关信息或数据。它包括了内部区域、边界区域（GeometricBoundaryField class）、网格、尺度单位、计算的先前时间阶的值等。在该类中有常用的三种（实际上还有其他的许多，可以参看OpenFOAM网上说明）:volScalarField体标量场,volVectorField体向量场，volTensorField体张量场。这里说的场与field有所不同，这里指的是网格区域上所对应的数据信息。上述的vol就是指ployMesh中的volMesh，如volscalarField类来说：

    volScalarField p(IOobject("p",runTime.timeName(),mesh,IOobject::MUST_READ,IOobject::AUTO_WRITE),mesh);

这是读入标量压力场文件，把压力值存储到网格体中心。为加深对GeometricField类的理解，贴张PG中的图片：

除了体的向量标量张量场外，还有面标量场surfaceScalarField、面向量场surfaceVectorField、面张量场surfaceTensorField。看下面的例子：

    surfaceScalarField phi(IOobject("phi",runTime.timeName(),mesh),fvc::interpolate(alpha)*phia+ fvc::interpolate(beta)*phib);

这里的phi既是一个面向量场对象，他用来是纪录单元体面上流过的通量值。

除了常用到的标量向量张量的几何场外，还有一些特殊量的场：surfaceSymmTensor面对称张量几何场、体球面张量场等等。几何场里面还有一个比较重要的类就是GeometricBoundaryField，用来专门对边界进行处理的一个类。

OpenFOAM中包含了一些自定义的宏

其中一些语句可用来执行CFD专属的循环。比如forAll()语句是非常常用的OpenFOAM语句。看下面的代码：

forAll(U, cellI)
{U[cellI] = vector(1, 0, 0);
}

其中forAll()为一种遍历，其需要传入两个参数，在上面的例子中，第一个参数为U（一个volScalarField），则此forAll()表示对整个计算域的网格进行循环。括号内的U[cellI] = vector(1, 0, 0);表示对每个网格的U[cellI]进行赋值。需要注意的是，上面的例子并不对U的边界进行处理。

如果forAll()内传入surfaceScalarField，则对内部的面进行循环，例如：

forAll(phi, index)
{phi[index] = 0.0;
}

上面的代码将phi内部的面赋值为0。同样的，本例子不对phi的边界进行处理。

C++代码例子

double shit(double a, int b);//函数返回double类型，名称为shit()，传入一个double类型a，一个int类型bint main()
{double whatName;double a = 2.1;int b = 0;whatName = shit(a, b);//调用shit()函数并将返回值赋给whatNamereturn 0;
}double shit(double a, int b)//函数定义
{
//函数具体计算代码略
}

//函数返回double类型，名称为shit()，传入一个double类型a，一个int类型b
double shit(double a, int b);
{
//函数具体计算代码略
}int main()
{double whatName;double a = 2.1;int b = 0;whatName = shit(a, b);//调用shit()函数并将返回值赋给whatNamereturn 0;
}

OpenFOAM实例

//在main()函数之前的函数定义，返回volScalarField类型，函数名为Function()
volScalarField Function
(//传入一个volVectorField类型volVectorField U,//传入一个dimensionedScalar类型dimensionedScalar nu
)
{
//略
}int main()
{volScalarField p = Function(velocity, nu);//声明一个volScalarField类型叫做p//将Function(velocity, nu)函数返回的volScalarField赋值给p
}

代码封装

我们把类的声明放在了.H文件中，类的实现放在了.C文件中，对这个.C文件进行编译，可以形成一个库（后缀为.so）。同时，在主程序内，将类的.H文件进行包含，同时在options文件中嵌入库文件，即可将程序成功编译。如果同学们想把自己的库函数封装，需要进行下面的步骤：

在自己的电脑上编写类的.H文件和.C文件；
编译出库文件；
拷贝.H文件和库文件给其他用户，其他用户的程序文件中即可调用这个库，并调用其中的库函数（类接口）；

需要注意的是，你并不需要把.C文件拷贝给其他人，其他人即可调用你的库（你的函数实现）。这，就是非常典型的类封装过程。因为你的.C文件包含了所有函数实现，且没有被外传。

很多软件都是进行的类似的操作，很有可能同学们下载了一款软件，其中包含了大量的.so文件（在windows下后缀为.dll的文件），然后包含若干的文件头。很明显，这就是封装后的代码。

同时提醒的是，OpenFOAM为一款开源CFD求解器，并不支持闭源行为。

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关于#include的文件

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using namespace std

主函数main函数

编译

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