Wall-modeled large-eddy simulation of turbulent smooth body separation using the OpenFOAM flow solver
本研究评估OpenFOAM的WMLES能力，发现对流项离散化与壁面建模是决定性能的关键，非平衡壁面模型可改善光滑体分离预测，但需一致处理非平衡物理项以进一步提升性能。
2024-12-21 physics.flu-dyn
Numerical simulation of electrically-driven flows using OpenFOAM
在这项工作中，我们研究的实施电驱动流（EDF）模型的有限体积框架的$\text{OpenFOAM}^\circledR$。Poisson-Nernst-Planck模型用于带电物质的输运，并与控制流体流动的纳维-斯托克斯方程耦合。此外，Poisson-Boltzmann和Debye-Hückel模型也被实现。离散方法和边界条件进行了仔细处理，以确保保守的离子物种在一般的网格和二阶精度的空间和时间。所开发的求解器的适用性示出在两个相关的EDF：诱导电荷电渗周围的导电圆柱和电荷传输的离子选择性膜。在目前的工作中开发的求解器，免费提供的开源，可以是一个有价值的和通用的工具，在调查中的通用电力驱动流。
2018-09-04 physics.flu-dyn
Validation of an OpenFOAM-based solver for the Euler equations with benchmarks for mesoscale atmospheric modeling
在OpenFOAM中，我们开发了一个基于压力的求解器，用于以保守形式编写的欧拉方程，使用密度，动量和总能量作为变量。在简化的假设下，这些方程被用来描述非静力大气流动。为了稳定Euler方程和捕捉亚网格过程，我们考虑了两种大涡模拟模型：经典Smagorinsky模型和单方程涡粘性模型。为了实现高的计算效率，我们的求解器使用分裂方案，每个变量的计算。与我们的求解器得到的数值结果进行了验证，在文献中的数值数据为两个经典的基准：上升的热气泡和密度流。通过定性和定量的比较，我们表明我们的方法是准确的。这项工作的目的是为一个新的开源软件包奠定基础，该软件包是专门为快速评估中尺度大气流动模拟的新计算方法而创建的
2023-02-09 physics.ao-ph physics.flu-dyn
uniGasFoam: a particle-based OpenFOAM solver for multiscale rarefied gas flows
本研究在OpenFOAM框架下开发了基于粒子的多尺度稀薄气体流动求解器uniGasFoam，采用粒子-粒子耦合解决传统混合方法的耦合难题，集成多种自适应算法，经基准验证精度可靠且计算效率显著优于纯DSMC模拟。
2024-09-16 physics.flu-dyn
On the development of OpenFOAM solvers for simulating MHD micropolar fluid flows with or without the effect of micromagnetorotation
University of the Peloponnese（伯罗奔尼撒大学）；University of West Attica（西阿提卡大学）
本文开发了两个OpenFOAM求解器，用于模拟磁流体动力学微极流体流动，考虑微磁旋转效应，验证了其在血流中的准确性，并展示了其在生物医学应用中的潜力。
2026-01-19 physics.flu-dyn
Implementation of a discrete Immersed Boundary Method in OpenFOAM
在本文中，浸没边界方法（IBM）提出的Pinelli实现的有限体积近似的不可压缩纳维-斯托克斯方程的解决方案在开源工具箱OpenFOAM版本2.2。固体障碍物的边界条件采用离散强迫法。与传统方法不同，传统方法包括使用保形网格和在网格的边界面上施加无滑移边界条件的实体的存在，实体在这里通过在一组拉格朗日标记上评估的自组织体力表示在欧拉笛卡尔网格上。标记可以在欧拉网格上移动，因此可以直接分析身体的运动或变形。IBM方法在PisoFOAM中描述和实现，其压力隐式分裂算子（PISO）求解器相应地修改。通过在IBM和压力校正步骤之间进行子迭代，同时施加固体的存在和流体速度的无发散。该方案允许使用快速优化的泊松求解器，同时授予优异的精度相对于前面提到的约束。各种二维和三维有据可查的固定或移动圆柱体周围的流动的测试情况进行了模拟，并仔细验证现有的数据从文献中。新的求解器的能力进行了讨论的精度和数值性能。
2016-09-14 physics.flu-dyn
A minimally-dissipative low-Mach number solver for complex reacting flows in OpenFOAM
大涡模拟（LES）已成为模拟复杂反应流的事实上的计算工具，特别是在燃气轮机应用中。然而，易于使用的通用LES代码复杂的几何形状通常是学术或专有/商业性质。本工作的目标是开发和推广一个开源LES工具，低马赫数湍流燃烧使用OpenFOAM框架。特别地，提供了一种适合于非结构化网格制定的同位网格方法。与其他流体动力学模型不同，LES精度与数值离散方案的所谓初级和次级守恒性质错综复杂地联系在一起。这意味着，尽管求解器仅演化质量、动量和能量方程，但隐含的动能（速度平方）离散方程应具有最小耗散。这里，施加特定的空间和时间离散化，使得该动能耗散最小化。该方法被证明使用制造的解决方案的方法，在一个复杂的域相关的燃气轮机应用程序的规则和倾斜的网格，一个典型的流问题，和湍流炭黑火焰。
2017-05-13 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Assessment of modern shock capturing schemes for all-speed flows in the OpenFOAM framework
本研究在OpenFOAM框架中实现多种高阶激波捕捉格式，通过不同复杂度算例评估各格式的精度、稳定性与适用场景，为用户针对特定流动 regime 选择合适格式提供参考。
2025-10-28 physics.flu-dyn
CoronaryHemodynamics: An Automated Simulation Framework for Coronary Artery Hemodynamics Using OpenFOAM
本研究开发了基于OpenFOAM的冠状动脉血流动力学仿真工具包CoronaryHemodynamics，集成自动化仿真流程与生理性边界条件，支持并行计算和多求解器，为相关科研与临床应用提供高效稳健的分析框架。
2025-01-02 physics.flu-dyn
An OpenFOAM face-centred solver for incompressible flows robust to mesh distortion
本文提出了一种适用于不可压缩流的鲁棒FCFV求解器，通过测试显示其在收敛性、精度和稳定性方面优于传统方法，尤其能有效处理非正交、拉伸和倾斜网格。
2025-01-08 cs.CE cs.NA math.NA
Development of low-dissipative projection method framework integrating various high-order time integration schemes using OpenFOAM
本文基于 OpenFOAM 构建统一的低耗散投影求解框架，在运行时集成 Runge–Kutta、Adams–Bashforth 等高阶时间积分格式，并指出合适阶数的多步法在非稳定问题中可兼顾精度与效率。
2024-04-09 physics.flu-dyn
Study of parameters affecting the cooling capacity of liquid jets by using OpenFoam as tool to solve the inverse heat transfer problem
本研究通过实验结合OpenFoam中基于共轭梯度法的新型三维逆传热求解器，探究射流介质、油浓度、板材参数等对液体射流冷却能力的影响，验证了求解器有效性并发现不同板材润湿扩展的意外结果。
2024-03-12 physics.flu-dyn
Combining Machine Learning with Computational Fluid Dynamics using OpenFOAM and SmartSim
TU Darmstadt（达姆施塔特工业大学）；Hewlett Packard Enterprise（惠普企业）；TU Dresden（德累斯顿工业大学）
本研究针对CFD+ML算法在大规模问题中实现困难的痛点，基于开源软件OpenFOAM与SmartSim提出高效可扩展的耦合方案，简化编程并保障数据交换，覆盖多模块耦合，还提供带示例的子模块供实际应用开发参考。
2024-04-23 cs.LG physics.flu-dyn
incompressibleFoam: a new time consistent framework with BDF and DIRK integration schemes
本研究在OpenFOAM中开发了集成多种数值方法的新不可压缩求解器incompressibleFoam，通过基准测试评估不同配置发现应优先使用CMI以避免参数依赖与解耦，且三阶格式不优于二阶。
2025-06-25 physics.flu-dyn
Application of a Pressured-Based OpenFOAM Solver for Rotating Detonation Engines
Korea Advanced Institute of Science and Technology（韩国科学技术院）；New York University Abu Dhabi（纽约大学阿布扎比分校）；Tandon School of Engineering, New York University（纽约大学坦登工程学院）
本文基于OpenFOAM v12的multicomponentFluid求解器构建旋转爆震发动机仿真框架，并通过AMR与DLB优化使计算成本最多降低11.2倍，同时验证了仿真精度。
2026-10-06 physics.comp-ph physics.flu-dyn
IteraSim RAG: A Multi-Stage Retrieval-Augmented Agentic Back-End for OpenFOAM-Based Computational Fluid Dynamics
ETH Zürich（苏黎世联邦理工学院）
研究针对OpenFOAM配置CFD案例的难题，提出IteraSim RAG。通过LLM扩展查询、多种融合与重排策略及多智能体分工协作，结合规范知识层。在28个案例基准测试中表现良好，能完成配置、诊断修复问题，还公布相关内容以保障可重复性。
2026-07-23 cs.CE physics.flu-dyn
PythonFOAM: In-situ data analyses with OpenFOAM and Python
我们概述了一个通用的基于Python的数据分析工具OpenFOAM的发展。我们的实现依赖于OpenFOAM应用程序的构造，这些应用程序绑定到Python中的数据分析库。使用NumPy C-API将OpenFOAM中的双精度数据转换为NumPy数组，然后可以使用Python模块进行任意数据分析和流场信息操作。我们强调如何建议的包装器可以用于在Python中实现的原位在线奇异值分解（SVD），并从OpenFOAM求解器PimpleFOAM访问。这里，“原位”是指允许在用于偏微分方程求解器的相同计算资源上并行计算数据分析的编程范例。此外，为了演示数据并行分析，我们部署了一个分布式SVD，它收集分布式仿真的各个行列的快照数据，以计算全局左奇异向量。至关重要的是，OpenFOAM和Python共享相同的消息传递接口（MPI）通信器，允许Python对象和函数跨行列交换NumPy数组。随后，我们提供了缩放评估的英特尔Broadwell和KNL架构的多个节点上的分布式SVD的典型测试情况下，如大涡模拟的一个向后面对的步骤和通道流在摩擦雷诺数为395。最后，我们展示了使用自动编码器压缩流场信息的深度神经网络的部署，以展示在Python生态系统中使用最先进的机器学习工具的能力。
2021-08-12 cs.DC physics.comp-ph physics.flu-dyn
On floating point precision in computational fluid dynamics using OpenFOAM
由于现代集群机器的计算能力，数值模拟可以提供前所未有的细节水平，对流体力学的新见解。然而，充分利用这种硬件仍然具有挑战性，因为数据通信仍然是达到峰值性能的重要瓶颈。降低浮点精度是减少数据移动和提高大多数应用程序计算速度的一种简单有效的方法。然而，需要特别注意确保计算解的质量和收敛性，特别是在处理复杂的流体模拟时。在这项工作中，我们分析的影响，减少（单和混合相比，双）精度的计算性能和准确性的计算流体动力学。使用开源库OpenFOAM，我们认为不可压缩，可压缩，和多相流体求解器的测试在层流和湍流的制度，并在存在冲击波的流动的相关基准。计算增益和变化的可扩展性的应用程序在降低精度进行了讨论。特别是，一个特设的理论模型的强缩放允许我们解释和理解所观察到的行为，作为浮点精度和硬件细节的函数。最后，我们展示了如何降低精度可以显着加快混合CPU-GPU实现，最近提供给OpenFOAM最终用户，这仅仅依赖于硬件供应商开发的GPU线性代数求解器。
2022-09-13 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Numerical Study on Interactional Aerodynamics of a Quadcopter in Hover with Overset Mesh in OpenFOAM
本文利用OpenFOAM重叠网格方法数值研究了四旋翼悬停时的旋翼-旋翼及旋翼-机身气动干扰，揭示了Ω形涡结构及8/rev推力变化的形成机制，为多旋翼飞行器设计提供依据。
2023-08-08 physics.flu-dyn
DRLinFluids -- An open-source python platform of coupling Deep Reinforcement Learning and OpenFOAM
针对深度强化学习在流体力学中数值仿真搭建难、耗时长的问题，提出开源Python平台DRLinFluids，耦合OpenFOAM与Tensorforce/Tianshou，经尾流稳定基准验证可靠高效，可降低应用门槛、推动相关发展。
2022-05-25 physics.flu-dyn
NNPred: A Predictor Library to Deploy Neural Networks in Computational Fluid Dynamics software
神经网络预测器库已被开发用于将机器学习（ML）模型部署到计算流体动力学（CFD）代码中。为了简化CFD求解器的实现，采用了实现指针策略来隔离实现细节。该库通过封装TensorFlow C库提供简化的模型管理功能，并维护自属于的数据容器，以处理与CFD求解器接口的输入/输出（I/O）功能中的数据类型转换和内存布局。在语言层面上，该库为C++和Fortran（CFD社区中两种常用的编程语言）提供应用程序编程接口（API）。分别用C++和Fortran编写了两个开源CFD代码OpenFOAM和CFL 3D的高级定制模块。预测器的基本用法在一个简单的数据驱动的热传递问题中演示，作为第一个教程案例。另一个教程案例是使用OpenFOAM和CFL 3D代码来实现使用该库对通道流中的湍流效果进行建模。开发的ML预测库为CFD求解器中ML模型的部署提供了一个强大的工具。
2022-09-25 physics.flu-dyn
lcs4Foam -- An OpenFOAM Function Object to Compute Lagrangian Coherent Structures
本文提出 OpenFOAM 函数对象 lcs4Foam，可在 CFD 模拟中实时计算 FTLE，从而定量评估任意流动中的拉格朗日相干结构与物质输运几何特征。
2023-07-09 physics.app-ph physics.flu-dyn
A high-fidelity solver for turbulent compressible flows on unstructured meshes
我们开发了一个高保真的数值求解器的可压缩纳维-斯托克斯方程，突出的主要目的是预测能力的低扩散数值在复杂的几何形状的流动。纳维-斯托克斯方程中对流项的空间离散依赖于稳健的能量守恒数值通量，并且从AUSM方案继承的数值扩散仅限于激波附近或感测到伪数值振荡的任何地方。求解器是能够保存的总动能在无粘极限，它承担明智的数值扩散比典型的工业求解器，与招致更大的预测能力，通过一系列的测试情况下，包括DNS，LES和URANS的湍流证明。在现有的流行的求解器，如OpenFOAM的实现简单性也突出显示。
2016-12-15 physics.flu-dyn
Implementation and verification of the resolved Reynolds stress transport equations in OpenFOAM
本文在OpenFOAM中实现并验证了一个用于计算大涡模拟中解析雷诺应力输运方程全部收支项的函数对象库，通过槽道流和管道流的网格细化研究证明其能准确收敛于DNS数据，为开源CFD社区提供了湍流分析工具。
2025-11-06 physics.flu-dyn
JANC: A cost-effective, differentiable compressible reacting flow solver featured with JAX-based adaptive mesh refinement
针对可压缩反应流数值模拟需求，提出基于JAX-AMR框架的全可微分求解器JANC，结合多种加速功能提升效率，对比测试显示其计算成本远低于OpenFOAM，且与机器学习兼容性强，为相关研究提供新工具。
2025-04-18 physics.flu-dyn
OpenFOAMGPT: a RAG-Augmented LLM Agent for OpenFOAM-Based Computational Fluid Dynamics
OpenFOAMGPT是一种基于检索增强生成的LLM代理，用于优化OpenFOAM的CFD模拟，通过高效处理复杂任务提升工程应用效率。
2025-01-10 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Multi-objective topology optimization of heat transfer surface using level-set method and adaptive mesh refinement in OpenFOAM
提出基于连续伴随方法和OpenFOAM的传热表面多目标拓扑优化算法，结合水平集函数和自适应网格细化，在雷诺数10和普朗特数6.9下实现4.0%传热增强与12.6%减阻。
2023-09-13 physics.flu-dyn
Implementation of a level-set based volume penalization method for solving fluid flows around bluff bodies in OpenFOAM
本文在OpenFOAM中实现了一种结合水平集函数的体积惩罚浸入边界法，通过圆柱和圆球绕流基准算例验证了其在稳态、非稳态及运动钝体绕流问题中的准确性与广泛适用性。
2023-09-16 physics.flu-dyn
Electro-vortex flow simulation using coupled meshes
建立了OpenFOAM中电涡流的数值模拟模型。采用父子网格技术求解固液耦合导体中的电势和电流。磁场的计算结合使用的毕奥-萨伐尔定律和感应方程。此外，实现了用于电势的收缩PCG求解器。最后，性能分析和求解器进行了验证，对几个测试用例。
2018-03-16 physics.flu-dyn
OpenFOAM computational fluid dynamics (CFD) solver for magnetohydrodynamic open cycles, applied to the Sakhalin pulsed magnetohydrodynamic generator (PMHDG)
College of Engineering, University of Buraimi（布雷米大学工程学院）
本文提出了一种基于OpenFOAM的CFD模型，用于模拟磁流体动力学开放循环，并应用于萨哈林脉冲MHD发电机的超音速通道模拟。
2026-01-01 cs.CE physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Evaluating simulation techniques for lubricant distribution in gearboxes
本研究比较了四种数值求解器在齿轮箱油液分布模拟中的准确性与计算效率，并扩展至润滑脂分布研究，为选择合适求解器提供参考。
2025-11-01 physics.flu-dyn
SediFoam: A general-purpose, open-source CFD-DEM solver for particle-laden flow with emphasis on sediment transport
随着计算资源的不断丰富，计算流体动力学-离散单元法（CFD-DEM）成为泥沙运动研究中一种越来越有前途和可行的方法。现有的几种CFD-DEM求解器在化工和采矿工业中得到了应用。然而，一个强大的CFD-DEM求解器模拟泥沙输运仍然是可取的。在这项工作中，详细介绍了三维，大规模并行和开源CFD-DEM求解器SediFoam的开发。该求解器基于开源求解器OpenFOAM和LAMMPS构建。OpenFOAM是一个CFD工具箱，可以在非结构化网格上执行三维流体流动模拟; LAMMPS是一个用于分子动力学的大规模并行DEM求解器。SediFoam的几个验证测试使用各种复杂的情况下进行。在本模拟中得到的结果是一致的，在文献中，这表明了沉积物输运应用的Sedifoam的能力。除了验证测试之外，还研究了SediFoam的并行效率，以测试代码在大规模和复杂模拟中的性能。并行效率测试表明，SediFoam的可扩展性是令人满意的模拟使用O（10^7）粒子。
2016-01-15 physics.comp-ph physics.flu-dyn physics.geo-ph
XRePIT: A deep learning-computational fluid dynamics hybrid framework implemented in OpenFOAM for fast, robust, and scalable unsteady simulations
Division of Advanced Nuclear Engineering, Pohang University of Science and Technology（浦项国立科学技术大学先进核工程系）；Division of Applied Mathematics, Brown University（布朗大学应用数学系）；Graduate School of Integrated Energy-AI, Jeonbuk National University（全北国立大学整合能源-人工智能研究生院）
本文提出基于OpenFOAM的XRePIT混合框架，通过自动工作流实现神经代理与传统求解器的稳定耦合，提升非稳态模拟的效率与鲁棒性，实验表明其在3D浮力驱动流中能实现2.91倍的加速率，同时保持误差在O(1E-03)以内。
2026-04-20 cs.LG physics.flu-dyn
A Library for Wall-Modelled Large-Eddy Simulation Based on OpenFOAM Technology
这项工作提出了一个功能丰富的开放源代码库壁建模大涡模拟（WMLES），这是一种湍流建模方法，通过引入湍流边界层（TBL）的内部区域的特殊处理，降低了传统（壁解析）LES的计算成本。该库基于OpenFOAM，并增强了该软件提供的通用LES求解器，具有最先进的壁面建模功能。特别是，所包括的壁模型属于壁应力模型的类别，该模型通过预测和强制执行正确的壁面剪应力局部值来解释欠分辨湍流结构。这种方法的审查，然后详细描述了库，讨论其功能和可扩展的设计。包括壁应力模型，代数和常微分方程的基础上。为了证明库的能力，它被用于湍流通道流和后向台阶（BFS）的流动的WMLES。对于每种流动，进行了系统的模拟活动，以找到数值方案、网格分辨率和壁面模型类型的组合，从而对TBL外层的平均速度场和平均壁面剪切应力产生良好的预测精度。最好的结果是使用一个温和的耗散二阶精确的计划上的各向同性网格与27000细胞每$δ^3$立方体，其中$δ$是TBL的厚度或通道的半高的对流通量。一个代数模型的基础上斯伯丁定律的壁被发现执行良好的两种流动。另一方面，测试的更复杂的模型，其中包括在壁面剪切应力预测的压力梯度，导致不太准确的结果。
2018-07-31 physics.flu-dyn
Deploying deep learning in OpenFOAM with TensorFlow
Argonne National Laboratory（阿贡国家实验室）；Irish Centre for High-End Computing（爱尔兰高端计算中心）
我们概述了OpenFOAM中数据科学模块的开发，该模块允许在现场部署经过训练的深度学习架构，用于通用预测任务。该模块使用TensorFlow C API构建，并作为可在运行时链接的应用程序集成到OpenFOAM中。值得注意的是，我们的公式排除了与神经网络架构类型相关的任何限制（即，卷积的、全连接的等等）。这使得复杂的神经架构的实际CFD问题的潜在研究。此外，拟议的模块概述了一条通往计算流体动力学和机器学习的开源、统一和透明框架的道路。
2020-12-01 cs.LG physics.comp-ph physics.data-an
Development of a coupling between a system thermal-hydraulic code and a reduced order CFD model
核社区已经将几个三维计算流体动力学（CFD）求解器与一维系统热工水力（STH）代码相结合。这项工作提出用降阶模型（ROM）代替CFD求解器，以降低计算成本。系统代码RELAP 5-MOD3.3和有限体积CFD求解器OpenFOAM的ROM通过使用隐式耦合方案的分区区域分解耦合算法耦合。在ROM中使用惩罚方法施加在耦合边界界面上的速度。耦合模型进行评估开放和封闭的管流配置。ROM的耦合模拟结果与CFD求解器的结果接近。此外，对于新的参数集，耦合RELAP 5/ROM模型能够预测耦合RELAP 5/CFD结果具有良好的精度。最后，与ROM耦合比与CFD求解器耦合快3-5倍。
2020-10-20 physics.flu-dyn
Implementation and validation of two-phase boiling flow models in OpenFOAM
使用计算流体动力学（CFD）方法预测两相沸腾流动是非常具有挑战性的，因为在这种流动中的界面质量、动量和能量传递的几个子模型仍然没有很好地建立，需要进一步的开发和验证。一旦验证了一个特定的模型，重要的是要仔细验证模型中涉及的所有关键参数。这种验证通常通过单独的效果测试来执行，其中每次将一个参数与测量值或以其他方式已知的值进行比较。不用说，对于复杂的模型，这是典型的两相流CFD应用，需要验证的独立参数的数量可能相当高。这个特殊的功能使得复杂CFD模型的验证过程在开源代码中非常有吸引力，因为可以完全访问实现细节。本文关注的是使用OpenFOAM，开源环境中的两相沸腾泡状流模型的实施和验证。该模型采用双流体的守恒方程与湍流项的平均处理。该模型由六个守恒方程的液体和蒸汽相，允许的热力学非平衡和压缩性的两相。此外，该模型还包括两个湍流动能和能量耗散的输运方程和一个界面浓度的输运方程。新的壁面热分配模型以及核态沸腾中的相变项已经实现。敏感性研究以及验证的模型对测量数据在公开文献中已经进行，它已被证明，预测和实验之间的合理协议已经实现。
2017-09-06 physics.flu-dyn
Fast reactive flow simulations using analytical Jacobian and dynamic load balancing in OpenFOAM
详细的基于化学的计算流体动力学（CFD）模拟由于求解常微分方程（ODE）的基本化学动力学系统而在计算上是昂贵的。在这里，我们介绍了一种新的开源库，旨在加快这种反应流模拟使用OpenFOAM，一个开源的C++软件计算流体力学。首先，我们的动载荷平衡模型DLBFoam（Tekgül等人，2021）被用于减轻由于多处理器反应流模拟中的化学溶液引起的计算不平衡。然后，通过使用开源库pyJac实现分析雅可比公式，并通过利用线性代数包LAPACK提高ODE求解器的效率来优化单个（基于细胞的）化学解决方案。我们证明了这个新的库的各种燃烧问题的加速能力。这些测试问题包括二维湍流反应剪切层和三维分层燃烧，以突出双燃料燃烧的点火/火焰前端启动设置的库的有利缩放方面。此外，两个基本的三维演示提供了非预混和部分预混火焰，即ECN喷雾A和桑迪亚火焰D实验配置。新的模型提供了两个数量级的速度为大多数调查的情况下。开放共享的代码以及测试用例设置代表了OpenFOAM框架中反应流模拟的全新推动者。
2022-02-02 cs.NA math.NA physics.comp-ph
Development of a Chemistry Dynamic Load Balancing Solver with Sparse Analytical Jacobian Approach for Rapid and Accurate Reactive Flow Simulations
本研究在OpenFOAM平台开发定制求解器，通过集成稀疏解析雅可比方法、动态负载平衡、OpenMP及局部时间步进方案实现超过31倍加速，并在Sandia Flames上验证了其有效性与参数选择。
2023-11-25 cs.NA math.NA physics.flu-dyn
DLBFoam: An open-source dynamic load balancing model for fast reacting flow simulations in OpenFOAM
计算负载不平衡是一个众所周知的性能问题，在多处理器反应流模拟利用直接集成的化学动力学。我们引入了一个开源的动载荷平衡模型DLBFoam来解决这个问题，OpenFOAM是一个开源的C++库，用于计算流体动力学（CFD）。由于反应流求解器中普遍应用的算子分裂实践，化学可以被视为每个计算单元内的独立刚性常微分方程（ODE）系统。由于化学动力学的高度非线性特性，ODE积分器的收敛速率可能会发生很大的变化，从而导致多处理器配置之间的高负载不平衡。然而，化学常微分方程系统的独立性导致了一个问题，可以很容易地并行化（在文献中称为一个令人不安的并行问题），在流动的解决方案。所提出的模型利用了这一特征，并在可用资源之间平衡化学负荷。此外，参考映射模型被用来进一步加快模拟。当DLBFoam在启用这两个功能的情况下使用时，据报告，反应流基准案例的速度提高了10倍。据我们所知，该模型是文献中第一个化学负载平衡的开源实现。
2021-06-27 cs.NA math.NA physics.comp-ph
An advanced fully-implicit solver for heterogeneous porous media based on foam-extend
针对非均质多孔介质模拟的数值挑战，提出基于 OpenFOAM 的全隐式块耦合求解器 coupledMatrixFoam，结合 Eulerian 多流体公式与 Darcy 定律，显著提升了计算效率和数值稳定性，并验证了其在高性能计算中的适用性。
2025-09-16 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Enhanced Level-Set Method for free surface flow applications
本文提出一种基于Level-Set与Ghost Fluid Method耦合的不可压缩两相流求解器LSFoam，解决了场重新初始化中的界面位移问题，并在多尺度测试中验证了其准确性与应用前景。
2024-11-12 physics.flu-dyn
voFoam - A geometrical Volume of Fluid algorithm on arbitrary unstructured meshes with local dynamic adaptive mesh refinement using OpenFOAM
Technische Universität Darmstadt（达姆施塔特工业大学）
本文提出一种并行化的几何体积分数算法，支持任意无结构网格和动态局部自适应网格细化，用于二维和三维计算，通过改进的体积分数输运算法提升体积守恒性。
2013-05-15 cs.NA math.NA physics.flu-dyn
acousticHelmholtzFoam: an MPI-parallel unstructured finite-volume solver for frequency-domain acoustics in heterogeneous two-phase media with perfectly matched layers
TU Darmstadt（达姆施塔特工业大学）
acousticHelmholtzFoam是OpenFOAM的MPI并行频域声学求解器，用于非均质两相介质，经测试精度高、扩展性好，可输出声力评估所需的多种物理量。
2026-10-14 cs.MS physics.comp-ph physics.flu-dyn
A GPU-accelerated computational fluid dynamics solver for assessing shear-driven indoor airflow and virus transmission by scale-resolved simulations
我们探讨的适用性，MATLAB的三维计算流体动力学（CFD）的剪切驱动的室内气流。提出了一种基于图形处理器的尺度分辨大涡模拟（LES）求解器DNSLABIB。求解器首先在另一个CFD软件（OpenFOAM）上进行验证。接下来，我们展示了求解器在三种等温室内通风配置中的性能，并在COVID-19空气传播的背景下讨论了结果。在对应于$Re=5000$和$Re=50000$的低（0.1 m/s）和高（1 m/s）气流速率下研究这些病例中的通气。当房间从陈旧的、高CO $_2$含量的空气中排空时，进行室内CO $_2$浓度的分析。我们估计了三种不同房间几何形状的每小时换气次数（ACH）值，结果表明，基于完美混合假设，3D CFD模拟的数值估计值与理论ACH值可能相差80- 150%（$Re=50000$）和75- 140%（$Re=5000$）。此外，CO $_2$概率分布（PDF）的分析表明，室内新鲜空气的分布相对不均匀。最后，利用一个时间依赖的韦尔斯-莱利分析，一个例子是提供的增长的累积感染风险被迅速降低后，通风开始。平均感染风险在较低通气率（ACH=3.4-6.3）下降低2倍，在较高通气率（ACH=37-64）下降低10倍。结果表明，DNSLABIB在气流预测的各种未来发展中具有很高的潜力。
2022-04-05 physics.flu-dyn
A coupled finite-volume solver for numerical simulation of electrically-driven flows
隐式CFD程序的精度和稳定性经常受到变量间解耦的影响，最终导致数值发散。耦合求解器，同时解决所有的控制方程，有可能解决这个问题。在这项工作中，我们报告的实施耦合求解器的瞬态和稳态电驱动流模拟的有限体积框架。在OpenFOAM中开发的数值方法对于牛顿流体和粘弹性流体是通用的，并且针对Poisson-Nernst-Planck和Poisson-Boltzmann模型制定。由此产生的耦合方程组有效地解决了PETSc库。耦合求解器的性能进行了评估，在两个测试情况下：诱导电荷电渗的牛顿流体周围的圆柱体，电渗流的PTT粘弹性流体在收缩/膨胀微通道。耦合求解器在瞬态模拟中更准确，并且允许使用更大的时间步长而不会产生数值发散。对于稳态模拟，耦合求解器比分离求解器在更少的迭代中收敛。虽然耦合求解器在每个时间步的基础上要慢得多，但本研究中获得的总体加速因子达到了~100的最大值，其中半耦合求解器获得了最高的因子，这使得方程之间的一些耦合项消失。虽然需要进一步的研究来提高矩阵求解阶段的效率，但在许多情况下，耦合求解器已经优于分离求解器。
2019-09-21 physics.comp-ph physics.flu-dyn
GEA: a new finite volume-based open source code for the numerical simulation of atmospheric and ocean flows
我们介绍GEA（地球物理和环境应用），一个新的开源大气和海洋建模框架内的有限体积的C++库OpenFOAM。在这里，我们提出了一个非流体静力学大气模型的发展组成的一个基于压力的求解器，以保守的形式使用密度，动量和总能量作为变量的欧拉方程。我们验证求解器的两个理想化的测试情况下，涉及浮力驱动流：光滑和非光滑上升的热气泡。通过对文献中的数值数据进行定性和定量比较，我们表明我们的方法是准确的。
2023-03-18 physics.ao-ph physics.comp-ph physics.flu-dyn
An Euler-Lagrangian Multiphysics Coupling Framework for Particle-Laden High-Speed Flows
University of Central Florida（中佛罗里达大学）
本文提出一种多求解器框架，用于高效预测颗粒流高速流中的气热效应，结合准一维近似和代理方法以提高预测精度。
2025-12-21 physics.app-ph physics.flu-dyn
Open-source finite volume solvers for multiphase (n-phase) flows involving either Newtonian or non-Newtonian complex fluids
两个新的控制体积求解器multiFluidInterFoam和rheoMultiFluidInterFoam的牛顿和非牛顿n相流的模拟，分别提出，充分考虑界面张力和接触角的影响，为每个阶段。multiFluidInterFoam求解器修改了OpenFOAM为牛顿流提供的常规multiphaseInterFoam求解器的某些关键方面，提高了其效率和鲁棒性，但最重要的是大大提高了其表面张力驱动流的精度。新的求解器使用基于MULES方法的流体体积（VOF）方法和人工界面压缩界面捕获，结合合适的连续表面力模型，即界面张力系数分解方法用于处理相之间的界面张力配对。VOF平滑也通过在体积分数的分布上应用拉普拉斯滤波器来实现。rheoMultiFluidInterFoam求解器能够充分考虑复杂的非牛顿效应（例如屈服应力、粘弹性等）。所涉及的液体。为此，开发的求解器结合了RheoTool工具箱（Pimenta和Alves（2017）J. Non-Newtonian Fluid Mech. 239，85-104），利用了大量适用于模拟具有复杂流变学的不同类型流体的本构方程。考虑到典型的基准两相和三相流动，我们的求解器针对各种不同的流动设置进行了测试;考虑了涉及牛顿、粘塑性和粘弹性液体的流动。对解析解或以前公布的数值数据进行比较，清楚地表明新的求解器，以有效地和准确地模拟界面张力为主的简单和复杂的液体…
2022-03-18 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Spectral Wave Explicit Navier-Stokes Equations for wave-structure interactions using two-phase Computational Fluid Dynamics solvers
本文提出了一种有效的势流和粘性流分解方法，用于单相势流波模型和两相计算流体动力学（CFD）求解器的波浪-结构相互作用模拟。势部分--表示入射波--用谱波模型求解;粘性部分--表示入射波上的互补扰动--用CFD求解器求解。这种组合保持了势理论在水波上的效率和准确性，以及两相CFD求解器在复杂流动（波浪破碎，流动分离等）上的优势。分解策略称为谱波显式纳维-斯托克斯方程（SWENSE），最初是为单相CFD求解器提出的。首先，本文提出了一个扩展的SWENSE方法的两相CFD求解器。其次，提出了一种在CFD网格上对高阶谱（HOS）波浪模型计算的势流结果进行精确有效插值的方法。该方法不需要重新投影，能够减小插值速度场的发散误差，满足CFD求解器的需要。在OpenFOAM中实现，这些方法通过三个令人信服的验证，验证和应用案例进行测试，考虑入射波传播，规则波中垂直圆柱体上的高阶载荷，以及规则波和不规则波中的悬链线锚腿系泊（CALM）浮标。测试用例实现了1.71和4.28之间的速度提升。波浪模型和插值方法以开源方式向公众发布。
2020-05-26 physics.comp-ph physics.flu-dyn
A Discrete Immersed Boundary Method for the numerical simulation of heat transfer in compressible flows
本文提出了一种离散强迫浸没边界法（IBM）来数值模拟包含热交换的高速流动问题。流场由可压缩纳维-斯托克斯方程控制，该方程通过使用开源库OpenFOAM求解。数值求解器被修改，包括源项的动量方程和能量方程，占浸没体的存在。该方法是验证一些基准测试案例处理强制对流问题和移动浸没机构。所得结果与文献中提供的数据非常吻合。通过研究不同壁温的加热球的三维高马赫绕流，进一步评估了该方法。即使对于这种更复杂的测试情况下，该方法提供了一个准确的热场和速度场的表示。
2023-01-23 physics.flu-dyn
Low Reynolds number pulsatile flow of a viscoelastic fluid through a channel: Effects of fluid rheology and pulsation parameters
作为第一个努力，我们已经分析了Oldroup-B粘弹性流体的脉动流，在低雷诺数下，流体弹性和脉动参数对流动特性的综合影响进行了数值研究。计算使用基于有限体积的开源求解器OpenFOAM通过附加对数构象张量方法来稳定高Deborah数的数值解。通过增加流体的粘弹性行为来实现显著的流速增强。在通道壁附近观察到高速度梯度区和高聚合物应力区。轴向速度的大小随脉动幅度或脉动频率的增加而衰减，并且这种衰减的程度高度依赖于Deborah数或延迟比。这项工作发现在几个加工工业中的聚合物溶液的输送、挤出和聚合物熔体的注射模中的应用。
2021-07-07 physics.flu-dyn
RANS solver for microscale pollution dispersion problems in areas with vegetation: Development and validation
我们提出了一个有限体积求解器的描述和验证，旨在解决微尺度城市流动的问题，植被存在。求解器基于大气边界层流动的五方程组的平均纳维-斯托克斯方程，并由k-ε湍流模型补充。植被被模拟为多孔区，植被的影响包括在动量和湍流方程。一个详细的干沉降模型被纳入污染物传输方程，允许城市植被的过滤性能的调查。求解器验证四个测试用例，以评估模型的组成部分：周围的二维山丘的流量和污染物扩散，上升的热气泡的时间演变，通过和周围的森林树冠层的流量，和一个绿篱过滤颗粒负载流。一般良好的协议与测量值或以前计算的数值解观察，虽然模型的一些不足之处被确定。这与所选择的湍流模型和植被特性的不确定性有关。
2016-09-12 physics.flu-dyn
Thermally driven convection in Li||Bi liquid metal batteries
液态金属电池（LMB）是一种很有前途的概念，用于电网级的廉价电能存储。这些被构建为三个液体层的稳定密度分层，其中两个液体金属被熔融盐分开。为了确保安全和有效的操作，在LMB的传输现象的理解是必不可少的。基于这种动机，我们研究了由内部生热引起的热对流。我们考虑电池的电化学性质，以确定热平衡和操作参数。此外，我们建立了一个简单的一维热传导模型以及一个全三维热流体动力学模型。后者是在计算流体力学库OpenFOAM中实现的，扩展了流体体积求解器，并对伪谱代码进行了验证。两种模型都用于研究矩形10x10 cm Li|| Bi LMB电池处于三种不同的充电状态。
2018-05-29 physics.flu-dyn
