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
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  18     FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU General Public License
  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 tmp<volScalarField> tnu = rasModel.nu();
  75     const volScalarField& nu = tnu();
  76     const scalarField& nuw = nu.boundaryField()[patchI];
  77
  78     const scalar Cmu25 = pow025(Cmu_);
  79
  80     tmp<scalarField> tnutw(new scalarField(*this));
  81     scalarField& nutw = tnutw();
  82
  83     forAll(nutw, faceI)
  84     {
  85         label faceCellI = patch().faceCells()[faceI];
  86
  87         scalar uStar = Cmu25*sqrt(k[faceCellI]);
  88         scalar yPlus = uStar*y[faceI]/nuw[faceI];
  89         scalar KsPlus = uStar*Ks_[faceI]/nuw[faceI];
  90
  91         scalar Edash = E_;
  92         if (KsPlus > 2.25)
  93         {
  94             Edash /= fnRough(KsPlus, Cs_[faceI]);
  95         }
  96
  97         scalar limitingNutw = max(nutw[faceI], nuw[faceI]);
  98
  99         // To avoid oscillations limit the change in the wall viscosity
 100         // which is particularly important if it temporarily becomes zero
 101         nutw[faceI] =
 102             max
 103             (
 104                 min
 105                 (
 106                     nuw[faceI]
 107                    *(yPlus*kappa_/log(max(Edash*yPlus, 1+1e-4)) - 1),
 108                     2*limitingNutw
 109                 ), 0.5*limitingNutw
 110             );
 111
 112         if (debug)
 113         {
 114             Info<< "yPlus = " << yPlus
 115                 << ", KsPlus = " << KsPlus
 116                 << ", Edash = " << Edash
 117                 << ", nutw = " << nutw[faceI]
 118                 << endl;
 119         }
 120     }
 121
 122     return tnutw;
 123 }
 124
 125
 126 // * * * * * * * * * * * * * * * * Constructors  * * * * * * * * * * * * * * //
 127
 128 nutkRoughWallFunctionFvPatchScalarField::nutkRoughWallFunctionFvPatchScalarField
 129 (
 130     const fvPatch& p,
 131     const DimensionedField<scalar, volMesh>& iF
 132 )
 133 :
 134     nutkWallFunctionFvPatchScalarField(p, iF),
 135     Ks_(p.size(), 0.0),
 136     Cs_(p.size(), 0.0)
 137 {}
 138
 139
 140 nutkRoughWallFunctionFvPatchScalarField::nutkRoughWallFunctionFvPatchScalarField
 141 (
 142     const nutkRoughWallFunctionFvPatchScalarField& ptf,
 143     const fvPatch& p,
 144     const DimensionedField<scalar, volMesh>& iF,
 145     const fvPatchFieldMapper& mapper
 146 )
 147 :
 148     nutkWallFunctionFvPatchScalarField(ptf, p, iF, mapper),
 149     Ks_(ptf.Ks_, mapper),
 150     Cs_(ptf.Cs_, mapper)
 151 {}
 152
 153
 154 nutkRoughWallFunctionFvPatchScalarField::nutkRoughWallFunctionFvPatchScalarField
 155 (
 156     const fvPatch& p,
 157     const DimensionedField<scalar, volMesh>& iF,
 158     const dictionary& dict
 159 )
 160 :
 161     nutkWallFunctionFvPatchScalarField(p, iF, dict),
 162     Ks_("Ks", dict, p.size()),
 163     Cs_("Cs", dict, p.size())
 164 {}
 165
 166
 167 nutkRoughWallFunctionFvPatchScalarField::nutkRoughWallFunctionFvPatchScalarField
 168 (
 169     const nutkRoughWallFunctionFvPatchScalarField& rwfpsf
 170 )
 171 :
 172     nutkWallFunctionFvPatchScalarField(rwfpsf),
 173     Ks_(rwfpsf.Ks_),
 174     Cs_(rwfpsf.Cs_)
 175 {}
 176
 177
 178 nutkRoughWallFunctionFvPatchScalarField::nutkRoughWallFunctionFvPatchScalarField
 179 (
 180     const nutkRoughWallFunctionFvPatchScalarField& rwfpsf,
 181     const DimensionedField<scalar, volMesh>& iF
 182 )
 183 :
 184     nutkWallFunctionFvPatchScalarField(rwfpsf, iF),
 185     Ks_(rwfpsf.Ks_),
 186     Cs_(rwfpsf.Cs_)
 187 {}
 188
 189
 190 // * * * * * * * * * * * * * * * Member Functions  * * * * * * * * * * * * * //
 191
 192 void nutkRoughWallFunctionFvPatchScalarField::autoMap
 193 (
 194     const fvPatchFieldMapper& m
 195 )
 196 {
 197     nutkWallFunctionFvPatchScalarField::autoMap(m);
 198     Ks_.autoMap(m);
 199     Cs_.autoMap(m);
 200 }
 201
 202
 203 void nutkRoughWallFunctionFvPatchScalarField::rmap
 204 (
 205     const fvPatchScalarField& ptf,
 206     const labelList& addr
 207 )
 208 {
 209     nutkWallFunctionFvPatchScalarField::rmap(ptf, addr);
 210
 211     const nutkRoughWallFunctionFvPatchScalarField& nrwfpsf =
 212         refCast<const nutkRoughWallFunctionFvPatchScalarField>(ptf);
 213
 214     Ks_.rmap(nrwfpsf.Ks_, addr);
 215     Cs_.rmap(nrwfpsf.Cs_, addr);
 216 }
 217
 218
 219 void nutkRoughWallFunctionFvPatchScalarField::write(Ostream& os) const
 220 {
 221     fvPatchField<scalar>::write(os);
 222     writeLocalEntries(os);
 223     Cs_.writeEntry("Cs", os);
 224     Ks_.writeEntry("Ks", os);
 225     writeEntry("value", os);
 226 }
 227
 228
 229 // * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * //
 230
 231 makePatchTypeField
 232 (
 233     fvPatchScalarField,
 234     nutkRoughWallFunctionFvPatchScalarField
 235 );
 236
 237 // * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * //
 238
 239 } // End namespace RASModels
 240 } // End namespace incompressible
 241 } // End namespace Foam
 242
 243 // ************************************************************************* //