src/turbulenceModels/incompressible/RAS/derivedFvPatchFields/wallFunctions/nutWallFunctions/nutkRoughWallFunction/nutkRoughWallFunctionFvPatchScalarField.C

   1 /*---------------------------------------------------------------------------*\
   2   =========                 |
   3   \\      /  F ield         | OpenFOAM: The Open Source CFD Toolbox
   4    \\    /   O peration     |
   5     \\  /    A nd           | Copyright (C) 2011 OpenFOAM Foundation
   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
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  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, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
  23
  24 \*---------------------------------------------------------------------------*/
  25
  26 #include "nutkRoughWallFunctionFvPatchScalarField.H"
  27 #include "RASModel.H"
  28 #include "fvPatchFieldMapper.H"
  29 #include "volFields.H"
  30 #include "addToRunTimeSelectionTable.H"
  31
  32 // * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * //
  33
  34 namespace Foam
  35 {
  36 namespace incompressible
  37 {
  38 namespace RASModels
  39 {
  40
  41 // * * * * * * * * * * * * Protected Member Functions  * * * * * * * * * * * //
  42
  43 scalar nutkRoughWallFunctionFvPatchScalarField::fnRough
  44 (
  45     const scalar KsPlus,
  46     const scalar Cs
  47 ) const
  48 {
  49     // Return fn based on non-dimensional roughness height
  50
  51     if (KsPlus < 90.0)
  52     {
  53         return pow
  54         (
  55             (KsPlus - 2.25)/87.75 + Cs*KsPlus,
  56             sin(0.4258*(log(KsPlus) - 0.811))
  57         );
  58     }
  59     else
  60     {
  61         return (1.0 + Cs*KsPlus);
  62     }
  63 }
  64
  65
  66 tmp<scalarField> nutkRoughWallFunctionFvPatchScalarField::calcNut() const
  67 {
  68     const label patchI = patch().index();
  69
  70     const RASModel& rasModel = db().lookupObject<RASModel>("RASProperties");
  71     const scalarField& y = rasModel.y()[patchI];
  72     const tmp<volScalarField> tk = rasModel.k();
  73     const volScalarField& k = tk();
  74     const scalarField& nuw = rasModel.nu()().boundaryField()[patchI];
  75
  76     const scalar Cmu25 = pow025(Cmu_);
  77
  78     tmp<scalarField> tnutw(new scalarField(*this));
  79     scalarField& nutw = tnutw();
  80
  81     forAll(nutw, faceI)
  82     {
  83         label faceCellI = patch().faceCells()[faceI];
  84
  85         scalar uStar = Cmu25*sqrt(k[faceCellI]);
  86         scalar yPlus = uStar*y[faceI]/nuw[faceI];
  87         scalar KsPlus = uStar*Ks_[faceI]/nuw[faceI];
  88
  89         scalar Edash = E_;
  90
  91         if (KsPlus > 2.25)
  92         {
  93             Edash /= fnRough(KsPlus, Cs_[faceI]);
  94         }
  95
  96         if (yPlus > yPlusLam_)
  97         {
  98             scalar limitingNutw = max(nutw[faceI], nuw[faceI]);
  99
 100             // To avoid oscillations limit the change in the wall viscosity
 101             // which is particularly important if it temporarily becomes zero
 102             nutw[faceI] =
 103                 max
 104                 (
 105                     min
 106                     (
 107                         nuw[faceI]
 108                        *(yPlus*kappa_/log(max(Edash*yPlus, 1+1e-4)) - 1),
 109                         2*limitingNutw
 110                     ), 0.5*limitingNutw
 111                 );
 112         }
 113
 114         if (debug)
 115         {
 116             Info<< "yPlus = " << yPlus
 117                 << ", KsPlus = " << KsPlus
 118                 << ", Edash = " << Edash
 119                 << ", nutw = " << nutw[faceI]
 120                 << endl;
 121         }
 122     }
 123
 124     return tnutw;
 125 }
 126
 127
 128 // * * * * * * * * * * * * * * * * Constructors  * * * * * * * * * * * * * * //
 129
 130 nutkRoughWallFunctionFvPatchScalarField::nutkRoughWallFunctionFvPatchScalarField
 131 (
 132     const fvPatch& p,
 133     const DimensionedField<scalar, volMesh>& iF
 134 )
 135 :
 136     nutkWallFunctionFvPatchScalarField(p, iF),
 137     Ks_(p.size(), 0.0),
 138     Cs_(p.size(), 0.0)
 139 {}
 140
 141
 142 nutkRoughWallFunctionFvPatchScalarField::nutkRoughWallFunctionFvPatchScalarField
 143 (
 144     const nutkRoughWallFunctionFvPatchScalarField& ptf,
 145     const fvPatch& p,
 146     const DimensionedField<scalar, volMesh>& iF,
 147     const fvPatchFieldMapper& mapper
 148 )
 149 :
 150     nutkWallFunctionFvPatchScalarField(ptf, p, iF, mapper),
 151     Ks_(ptf.Ks_, mapper),
 152     Cs_(ptf.Cs_, mapper)
 153 {}
 154
 155
 156 nutkRoughWallFunctionFvPatchScalarField::nutkRoughWallFunctionFvPatchScalarField
 157 (
 158     const fvPatch& p,
 159     const DimensionedField<scalar, volMesh>& iF,
 160     const dictionary& dict
 161 )
 162 :
 163     nutkWallFunctionFvPatchScalarField(p, iF, dict),
 164     Ks_("Ks", dict, p.size()),
 165     Cs_("Cs", dict, p.size())
 166 {}
 167
 168
 169 nutkRoughWallFunctionFvPatchScalarField::nutkRoughWallFunctionFvPatchScalarField
 170 (
 171     const nutkRoughWallFunctionFvPatchScalarField& rwfpsf
 172 )
 173 :
 174     nutkWallFunctionFvPatchScalarField(rwfpsf),
 175     Ks_(rwfpsf.Ks_),
 176     Cs_(rwfpsf.Cs_)
 177 {}
 178
 179
 180 nutkRoughWallFunctionFvPatchScalarField::nutkRoughWallFunctionFvPatchScalarField
 181 (
 182     const nutkRoughWallFunctionFvPatchScalarField& rwfpsf,
 183     const DimensionedField<scalar, volMesh>& iF
 184 )
 185 :
 186     nutkWallFunctionFvPatchScalarField(rwfpsf, iF),
 187     Ks_(rwfpsf.Ks_),
 188     Cs_(rwfpsf.Cs_)
 189 {}
 190
 191
 192 // * * * * * * * * * * * * * * * Member Functions  * * * * * * * * * * * * * //
 193
 194 void nutkRoughWallFunctionFvPatchScalarField::autoMap
 195 (
 196     const fvPatchFieldMapper& m
 197 )
 198 {
 199     nutkWallFunctionFvPatchScalarField::autoMap(m);
 200     Ks_.autoMap(m);
 201     Cs_.autoMap(m);
 202 }
 203
 204
 205 void nutkRoughWallFunctionFvPatchScalarField::rmap
 206 (
 207     const fvPatchScalarField& ptf,
 208     const labelList& addr
 209 )
 210 {
 211     nutkWallFunctionFvPatchScalarField::rmap(ptf, addr);
 212
 213     const nutkRoughWallFunctionFvPatchScalarField& nrwfpsf =
 214         refCast<const nutkRoughWallFunctionFvPatchScalarField>(ptf);
 215
 216     Ks_.rmap(nrwfpsf.Ks_, addr);
 217     Cs_.rmap(nrwfpsf.Cs_, addr);
 218 }
 219
 220
 221 void nutkRoughWallFunctionFvPatchScalarField::write(Ostream& os) const
 222 {
 223     fvPatchField<scalar>::write(os);
 224     writeLocalEntries(os);
 225     Cs_.writeEntry("Cs", os);
 226     Ks_.writeEntry("Ks", os);
 227     writeEntry("value", os);
 228 }
 229
 230
 231 // * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * //
 232
 233 makePatchTypeField
 234 (
 235     fvPatchScalarField,
 236     nutkRoughWallFunctionFvPatchScalarField
 237 );
 238
 239 // * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * //
 240
 241 } // End namespace RASModels
 242 } // End namespace incompressible
 243 } // End namespace Foam
 244
 245 // ************************************************************************* //