src/engine/engineTopoChangerMesh/verticalValves/verticalValves.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     verticalValves
  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 SourceFiles
  43     addVerticalValvesMeshModifiers.C
  44     verticalValves.C
  45     verticalValvesCalculate.C
  46     verticalValvesInitialize.C
  47     verticalValvesMove.C
  48
  49 Author
  50         Tommaso Lucchini
  51
  52 \*---------------------------------------------------------------------------*/
  53
  54 #ifndef verticalValves_H
  55 #define verticalValves_H
  56
  57 #include "engineTopoChangerMesh.H"
  58 #include "simpleEnginePiston.H"
  59 #include "motionSolver.H"
  60 #include "polyPatchID.H"
  61 #include "verticalValveBank.H"
  62 #include "twoDPointCorrector.H"
  63
  64 // * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * //
  65
  66 namespace Foam
  67 {
  68
  69 // Class forward declarations
  70
  71 /*---------------------------------------------------------------------------*\
  72                            Class verticalValves Declaration
  73 \*---------------------------------------------------------------------------*/
  74 class twoDPointCorrector;
  75
  76 class verticalValves
  77 :
  78     public engineTopoChangerMesh
  79 {
  80     // Private data
  81
  82         //- Piston patch
  83         simpleEnginePiston piston_;
  84
  85         //- vertical valves
  86         verticalValveBank valves_;
  87
  88         //- Markup field for moving points on the top of the valve.  Moving points marked with 1
  89         mutable scalarField* movingPointsMaskTopPtr_;
  90
  91         //- Markup field for moving points on the bottom of the valve.  Moving points marked with 1
  92         mutable scalarField* movingPointsMaskBottomPtr_;
  93
  94         //- Markup field for moving points on the remainder of the cylinder mesh.  Moving points marked with 1
  95         mutable scalarField* movingPointsMaskPistonPtr_;
  96
  97         //- Markup field for points.
  98         mutable scalarField* movingPointsMaskPistonValvesPtr_;
  99
 100         //- Layering-to-deformation switch in crank-angle degrees
 101         scalar deformSwitch_;
 102
 103         //- Tolerance used when the piston faceZone is created
 104         scalar delta_;
 105
 106         //- Distance from the piston patch
 107         scalar offSet_;
 108
 109         //- Top valve tolerance, when valve lift < tol, valve top layering is disabled
 110         scalar valveTopTol_;
 111
 112         //- Piston Position
 113         scalar pistonPosition_;
 114
 115         //- Virtual piston position (pistonPosition + offSet)
 116         scalar virtualPistonPosition_;
 117
 118         //- Virtual position of the top of the valves
 119         scalarField valveTopPosition_;
 120
 121         //- Virtual position of the bottom of the valves
 122         scalarField valveBottomPosition_;
 123
 124         //- Virtual position of the bottom of the valves
 125         scalarField valvePistonPosition_;
 126
 127         //- deckHeight
 128         scalar deckHeight_;
 129
 130         //- min valveHead z
 131         scalarField minValveZ_;
 132
 133         //- tolerance for valve poppet faces (used to create a faceZone)
 134         scalar poppetValveTol_;
 135
 136         //- tolerance for valve poppet faces (used to create a faceZone)
 137         scalar bottomValveTol_;
 138
 139         //- Motion solver
 140         autoPtr<motionSolver> msPtr_;
 141
 142         //- Is the valve really closed
 143         boolList isReallyClosed_;
 144
 145         //- correct points motion after attach
 146         Switch correctPointsMotion_;
 147
 148
 149
 150     // Private Member Functions
 151
 152         //- Disallow default bitwise copy construct
 153         verticalValves(const verticalValves&);
 154
 155         //- Disallow default bitwise assignment
 156         void operator=(const verticalValves&);
 157
 158         //- Make layering modifiers live
 159         void makeLayersLive();
 160
 161         //- Make Sliding interface modifiers live
 162         void makeSlidersLive();
 163
 164         //- Is the sliding interface attached?
 165         bool attached() const;
 166
 167         //- Prepare valve attach/detach
 168         void valveDetach();
 169
 170         //- Prepare valve attach/detach
 171         void valveAttach();
 172
 173         //- Prepare valve attach/detach
 174         void prepareValveDetach();
 175
 176         //- Check if all patches exist, then calculate virtualPistonPosition,
 177         //- pistonPosition and deckHeight for the first time
 178         void checkAndCalculate();
 179
 180         //- Calculate the virtualPistonPosition,
 181         void setVirtualPositions();
 182
 183         //- Correct the vertical motion for the points below the "virtual piston",
 184         void correctVerticalMotion();
 185
 186         //- Calculate moving masks
 187         void calcMovingMasks() const;
 188
 189         //- Calculate moving masks for the top of the valves
 190         void calcMovingMaskTop(const label i) const;
 191
 192         //- Calculate moving masks for the bottom of the valves
 193         void calcMovingMaskBottom(const label i) const;
 194
 195         //- Calculate moving masks for the piston points
 196         void calcMovingMaskPiston() const;
 197
 198         //- Calculate moving masks for the piston/valve points
 199         void calcMovingMaskPistonValves(const label i) const;
 200
 201         //- Return moving points mask for the top of the valves
 202         const scalarField& movingPointsMaskTop(const label i) const;
 203
 204         //- Return moving points mask for the bottom of the valves
 205         const scalarField& movingPointsMaskBottom(const label i) const;
 206
 207         //- Return moving points mask for the top of the valves
 208         const scalarField& movingPointsMaskPiston() const;
 209
 210         //- Return moving points mask for the bottom of the valves
 211         const scalarField& movingPointsMaskPistonValves(const label i) const;
 212
 213         bool realDeformation() const;
 214
 215         bool inValve(const point& p, const label& i) const;
 216         bool inPiston(const point& p) const;
 217
 218         bool isACylinderHeadFace(const labelList& cylHeadFaces, const label face);
 219
 220 public:
 221
 222     //- Runtime type information
 223     TypeName("verticalValves");
 224
 225
 226     // Constructors
 227
 228         //- Construct from database
 229         explicit verticalValves(const IOobject& io);
 230
 231
 232     // Destructor - default
 233
 234
 235     // Member Functions
 236
 237         inline const simpleEnginePiston& piston() const;
 238         inline const verticalValveBank& valves() const;
 239         inline const scalar& deformSwitch() const;
 240         inline const scalar& delta() const;
 241         inline const scalar& offSet() const;
 242         inline const scalar& valveTopTol() const;
 243         inline const scalar& pistonPosition() const;
 244         inline scalar& pistonPosition();
 245         inline const scalar& virtualPistonPosition() const;
 246         inline scalar& virtualPistonPosition();
 247         inline const scalarField& valveTopPosition() const;
 248         inline scalarField& valveTopPosition();
 249         inline const scalarField& valveBottomPosition() const;
 250         inline scalarField& valveBottomPosition();
 251         inline const scalarField& valvePistonPosition() const;
 252         inline scalarField& valvePistonPosition();
 253         inline const scalar& deckHeight() const;
 254         inline scalar& deckHeight();
 255         inline const scalarField& minValveZ() const;
 256         inline scalarField& maxValveZ();
 257         inline const scalar& poppetValveTol() const;
 258         inline boolList& isReallyClosed();
 259         inline const boolList& isReallyClosed() const;
 260
 261
 262         //- Return true for mesh deformation mode
 263         bool deformation() const
 264         {
 265             return
 266                 engTime().thetaRevolution() > -deformSwitch_
 267              && engTime().thetaRevolution() < deformSwitch_;
 268         }
 269
 270         //- Return number of valves
 271         label nValves() const
 272         {
 273             return valves_.size();
 274         }
 275
 276         //- Add valve and piston zones and modifiers
 277         void addZonesAndModifiers();
 278
 279         //- Move and morph
 280         virtual bool update();
 281
 282         //- Set boundary velocities
 283         void setBoundaryVelocity(volVectorField& U);
 284
 285 };
 286
 287
 288 // * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * //
 289
 290 } // End namespace Foam
 291
 292 // * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * //
 293 #include "verticalValvesI.H"
 294
 295 #endif
 296
 297 // ************************************************************************* //