src/engine/engineTopoChangerMesh/pistonSliding/pistonSliding.H

   1 /*---------------------------------------------------------------------------*\
   2   =========                 |
   3   \\      /  F ield         | OpenFOAM: The Open Source CFD Toolbox
   4    \\    /   O peration     |
   5     \\  /    A nd           | Copyright (C) 2005-2010 Tommaso Lucchini
   6      \\/     M anipulation  |
   7 -------------------------------------------------------------------------------
   8 License
   9     This file is part of OpenFOAM.
  10
  11     OpenFOAM is free software; you can redistribute it and/or modify it
  12     under the terms of the GNU General Public License as published by the
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  15
  16     OpenFOAM is distributed in the hope that it will be useful, but WITHOUT
  17     ANY WARRANTY; without even the implied warranty of MERCHANTABILITY or
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  19     for more details.
  20
  21     You should have received a copy of the GNU General Public License
  22     along with OpenFOAM; if not, write to the Free Software Foundation,
  23     Inc., 51 Franklin St, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA
  24
  25 Class
  26     verticalValvesGambit
  27
  28 Description
  29     Engine mesh with topological changes to simulate four-stroke engines with
  30     vertical valves. The mesh is split into several regions
  31
  32     - piston mesh
  33     - intake/exhaust ports
  34     - valve curtain mesh
  35
  36     which are connected by sliding interfaces and attach/detach boundaries.
  37
  38     Layer/addition removal is performed by piston, top and bottom of the valves.
  39
  40     TetDecompositionMotionSolver is used for mesh deformation mode.
  41
  42     Works also with Fluent (*.msh) or Gambit (*.neu) meshes since the facesZones
  43     are added in a different way.
  44
  45 SourceFiles
  46     addVerticalValvesGambitMeshModifiers.C
  47     verticalValvesGambit.C
  48     verticalValvesGambitCalculate.C
  49     verticalValvesGambitInitialize.C
  50     verticalValvesGambitMove.C
  51
  52 Author
  53         Tommaso Lucchini
  54
  55 \*---------------------------------------------------------------------------*/
  56
  57 #ifndef pistonSliding_H
  58 #define pistonSliding_H
  59
  60 #include "engineTopoChangerMesh.H"
  61 #include "enginePiston.H"
  62 #include "motionSolver.H"
  63 #include "polyPatchID.H"
  64 #include "thoboisSlidingValveBank.H"
  65 #include "twoDPointCorrector.H"
  66
  67 #include "faceSet.H"
  68 #include "pointSet.H"
  69 #include "cellSet.H"
  70 // * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * //
  71
  72 namespace Foam
  73 {
  74
  75 // Class forward declarations
  76
  77 /*---------------------------------------------------------------------------*\
  78                            Class verticalValves Declaration
  79 \*---------------------------------------------------------------------------*/
  80
  81 class pistonSliding
  82 :
  83     public engineTopoChangerMesh
  84 {
  85     // Private data
  86
  87         //- Piston patch
  88         enginePiston piston_;
  89
  90         //- vertical valves
  91         thoboisSlidingValveBank valves_;
  92
  93         //- Markup field for moving points on the top of the valve.  Moving points marked with 1
  94         mutable scalarField* movingPointsMaskTopPtr_;
  95
  96         //- Markup field for moving points on the bottom of the valve.  Moving points marked with 1
  97         mutable scalarField* movingPointsMaskBottomPtr_;
  98
  99         //- Markup field for moving points on the remainder of the cylinder mesh.  Moving points marked with 1
 100         mutable scalarField* movingPointsMaskPistonPtr_;
 101
 102         //- Markup field for points.
 103         mutable scalarField* movingPointsMaskPistonValvesPtr_;
 104
 105         //- Layering-to-deformation switch in crank-angle degrees
 106         scalar deformSwitch_;
 107
 108         //- Tolerance used when the piston faceZone is created
 109         scalar delta_;
 110
 111         //- Distance from the piston patch
 112         scalar offSet_;
 113
 114         //- Top valve tolerance, when valve lift < tol, valve top layering is disabled
 115         scalar valveTopTol_;
 116
 117         //- Piston Position
 118         scalar pistonPosition_;
 119
 120         //- Virtual piston position (pistonPosition + offSet)
 121         scalar virtualPistonPosition_;
 122
 123         //- Virtual position of the top of the valves
 124         scalarField valveTopPosition_;
 125
 126         //- Virtual position of the bottom of the valves
 127         scalarField valveBottomPosition_;
 128
 129         //- Virtual position of the bottom of the valves
 130         scalarField valvePistonPosition_;
 131
 132         //- deckHeight
 133         scalar deckHeight_;
 134
 135         //- min valveHead z
 136         scalarField minValveZ_;
 137
 138         //- tolerance for valve poppet faces (used to create a faceZone)
 139         scalar poppetValveTol_;
 140
 141         //- tolerance for valve poppet faces (used to create a faceZone)
 142         scalar bottomValveTol_;
 143
 144         //- Motion solver
 145         autoPtr<motionSolver> msPtr_;
 146
 147         //- Is the valve really closed
 148         boolList isReallyClosed_;
 149
 150         //- correct points motion after attach
 151         Switch correctPointsMotion_;
 152
 153     // Private Member Functions
 154
 155         //- Disallow default bitwise copy construct
 156         pistonSliding(const pistonSliding&);
 157
 158         //- Disallow default bitwise assignment
 159         void operator=(const pistonSliding&);
 160
 161         //- Make layering modifiers live
 162         void makeLayersLive();
 163
 164         //- Make Sliding interface modifiers live
 165         void makeSlidersLive();
 166
 167         //- Is the sliding interface attached?
 168         bool attached() const;
 169
 170         //- Prepare valve attach/detach
 171         void valveDetach();
 172
 173         //- Prepare valve attach/detach
 174         void valveAttach();
 175
 176         //- Prepare valve attach/detach
 177         void prepareValveDetach();
 178
 179         //- Check if all patches exist, then calculate virtualPistonPosition,
 180         //- pistonPosition and deckHeight for the first time
 181         void checkAndCalculate();
 182
 183         //- Calculate the virtualPistonPosition,
 184         void setVirtualPositions();
 185
 186         //- Correct the vertical motion for the points below the "virtual piston",
 187         void correctVerticalMotion();
 188
 189         //- Calculate moving masks
 190         void calcMovingMasks() const;
 191
 192         //- Calculate moving masks for the top of the valves
 193         void calcMovingMaskTop(const label i) const;
 194
 195         //- Calculate moving masks for the bottom of the valves
 196         void calcMovingMaskBottom(const label i) const;
 197
 198         //- Calculate moving masks for the piston points
 199         void calcMovingMaskPiston() const;
 200
 201         //- Calculate moving masks for the piston/valve points
 202         void calcMovingMaskPistonValves(const label i) const;
 203
 204         //- Return moving points mask for the top of the valves
 205         const scalarField& movingPointsMaskTop(const label i) const;
 206
 207         //- Return moving points mask for the bottom of the valves
 208         const scalarField& movingPointsMaskBottom(const label i) const;
 209
 210         //- Return moving points mask for the top of the valves
 211         const scalarField& movingPointsMaskPiston() const;
 212
 213         //- Return moving points mask for the bottom of the valves
 214         const scalarField& movingPointsMaskPistonValves(const label i) const;
 215
 216         bool realDeformation() const;
 217
 218         bool inValve(const point& p, const label& i) const;
 219         bool inPiston(const point& p) const;
 220
 221         bool isACylinderHeadFace(const labelList& cylHeadFaces, const label face);
 222
 223 public:
 224
 225     //- Runtime type information
 226     TypeName("pistonSliding");
 227
 228
 229     // Constructors
 230
 231         //- Construct from database
 232         explicit pistonSliding(const IOobject& io);
 233
 234
 235     // Destructor - default
 236
 237
 238     // Member Functions
 239
 240         inline const enginePiston& piston() const;
 241         inline const thoboisSlidingValveBank& valves() const;
 242         inline const scalar& deformSwitch() const;
 243         inline const scalar& delta() const;
 244         inline const scalar& offSet() const;
 245         inline const scalar& valveTopTol() const;
 246         inline const scalar& pistonPosition() const;
 247         inline scalar& pistonPosition();
 248         inline const scalar& virtualPistonPosition() const;
 249         inline scalar& virtualPistonPosition();
 250         inline const scalarField& valveTopPosition() const;
 251         inline scalarField& valveTopPosition();
 252         inline const scalarField& valveBottomPosition() const;
 253         inline scalarField& valveBottomPosition();
 254         inline const scalarField& valvePistonPosition() const;
 255         inline scalarField& valvePistonPosition();
 256         inline const scalar& deckHeight() const;
 257         inline scalar& deckHeight();
 258         inline const scalarField& minValveZ() const;
 259         inline scalarField& maxValveZ();
 260         inline const scalar& poppetValveTol() const;
 261         inline boolList& isReallyClosed();
 262         inline const boolList& isReallyClosed() const;
 263
 264
 265         //- Return true for mesh deformation mode
 266         bool deformation() const
 267         {
 268             return
 269                 engTime().thetaRevolution() > -deformSwitch_
 270              && engTime().thetaRevolution() < deformSwitch_;
 271         }
 272
 273         //- Return number of valves
 274         label nValves() const
 275         {
 276             return valves_.size();
 277         }
 278
 279         //- Add valve and piston zones and modifiers
 280         void addZonesAndModifiers();
 281
 282         //- Move and morph
 283         virtual bool update();
 284
 285         //- Set boundary velocities
 286         void setBoundaryVelocity(volVectorField& U);
 287 };
 288
 289
 290 // * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * //
 291
 292 } // End namespace Foam
 293
 294 // * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * //
 295 #include "pistonSlidingI.H"
 296
 297 #endif
 298
 299 // ************************************************************************* //