src/turbulenceModels/incompressible/RAS/derivedFvPatchFields/wallFunctions/nutWallFunctions/nutUSpaldingWallFunction/nutUSpaldingWallFunctionFvPatchScalarField.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.
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  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 "nutUSpaldingWallFunctionFvPatchScalarField.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 tmp<scalarField> nutUSpaldingWallFunctionFvPatchScalarField::calcNut() const
  44 {
  45     const label patchI = patch().index();
  46
  47     const RASModel& rasModel = db().lookupObject<RASModel>("RASProperties");
  48     const fvPatchVectorField& Uw = rasModel.U().boundaryField()[patchI];
  49     const scalarField magGradU(mag(Uw.snGrad()));
  50     const tmp<volScalarField> tnu = rasModel.nu();
  51     const volScalarField& nu = tnu();
  52     const scalarField& nuw = nu.boundaryField()[patchI];
  53
  54     return max
  55     (
  56         scalar(0),
  57         sqr(calcUTau(magGradU))/(magGradU + ROOTVSMALL) - nuw
  58     );
  59 }
  60
  61
  62 tmp<scalarField> nutUSpaldingWallFunctionFvPatchScalarField::calcUTau
  63 (
  64     const scalarField& magGradU
  65 ) const
  66 {
  67     const RASModel& rasModel = db().lookupObject<RASModel>("RASProperties");
  68     const scalarField& y = rasModel.y()[patch().index()];
  69
  70     const fvPatchVectorField& Uw =
  71         rasModel.U().boundaryField()[patch().index()];
  72     const scalarField magUp(mag(Uw.patchInternalField() - Uw));
  73
  74     const scalarField& nuw = rasModel.nu()().boundaryField()[patch().index()];
  75     const scalarField& nutw = *this;
  76
  77     tmp<scalarField> tuTau(new scalarField(patch().size(), 0.0));
  78     scalarField& uTau = tuTau();
  79
  80     forAll(uTau, facei)
  81     {
  82         scalar ut = sqrt((nutw[facei] + nuw[facei])*magGradU[facei]);
  83
  84         if (ut > ROOTVSMALL)
  85         {
  86             int iter = 0;
  87             scalar err = GREAT;
  88
  89             do
  90             {
  91                 scalar kUu = min(kappa_*magUp[facei]/ut, 50);
  92                 scalar fkUu = exp(kUu) - 1 - kUu*(1 + 0.5*kUu);
  93
  94                 scalar f =
  95                     - ut*y[facei]/nuw[facei]
  96                     + magUp[facei]/ut
  97                     + 1/E_*(fkUu - 1.0/6.0*kUu*sqr(kUu));
  98
  99                 scalar df =
 100                     y[facei]/nuw[facei]
 101                   + magUp[facei]/sqr(ut)
 102                   + 1/E_*kUu*fkUu/ut;
 103
 104                 scalar uTauNew = ut + f/df;
 105                 err = mag((ut - uTauNew)/ut);
 106                 ut = uTauNew;
 107
 108             } while (ut > ROOTVSMALL && err > 0.01 && ++iter < 10);
 109
 110             uTau[facei] = max(0.0, ut);
 111         }
 112     }
 113
 114     return tuTau;
 115 }
 116
 117
 118 // * * * * * * * * * * * * * * * * Constructors  * * * * * * * * * * * * * * //
 119
 120 nutUSpaldingWallFunctionFvPatchScalarField::
 121 nutUSpaldingWallFunctionFvPatchScalarField
 122 (
 123     const fvPatch& p,
 124     const DimensionedField<scalar, volMesh>& iF
 125 )
 126 :
 127     nutkWallFunctionFvPatchScalarField(p, iF)
 128 {}
 129
 130
 131 nutUSpaldingWallFunctionFvPatchScalarField::
 132 nutUSpaldingWallFunctionFvPatchScalarField
 133 (
 134     const nutUSpaldingWallFunctionFvPatchScalarField& ptf,
 135     const fvPatch& p,
 136     const DimensionedField<scalar, volMesh>& iF,
 137     const fvPatchFieldMapper& mapper
 138 )
 139 :
 140     nutkWallFunctionFvPatchScalarField(ptf, p, iF, mapper)
 141 {}
 142
 143
 144 nutUSpaldingWallFunctionFvPatchScalarField::
 145 nutUSpaldingWallFunctionFvPatchScalarField
 146 (
 147     const fvPatch& p,
 148     const DimensionedField<scalar, volMesh>& iF,
 149     const dictionary& dict
 150 )
 151 :
 152     nutkWallFunctionFvPatchScalarField(p, iF, dict)
 153 {}
 154
 155
 156 nutUSpaldingWallFunctionFvPatchScalarField::
 157 nutUSpaldingWallFunctionFvPatchScalarField
 158 (
 159     const nutUSpaldingWallFunctionFvPatchScalarField& wfpsf
 160 )
 161 :
 162     nutkWallFunctionFvPatchScalarField(wfpsf)
 163 {}
 164
 165
 166 nutUSpaldingWallFunctionFvPatchScalarField::
 167 nutUSpaldingWallFunctionFvPatchScalarField
 168 (
 169     const nutUSpaldingWallFunctionFvPatchScalarField& wfpsf,
 170     const DimensionedField<scalar, volMesh>& iF
 171 )
 172 :
 173     nutkWallFunctionFvPatchScalarField(wfpsf, iF)
 174 {}
 175
 176
 177 // * * * * * * * * * * * * * * * Member Functions  * * * * * * * * * * * * * //
 178
 179 tmp<scalarField> nutUSpaldingWallFunctionFvPatchScalarField::yPlus() const
 180 {
 181     const label patchI = patch().index();
 182
 183     const RASModel& rasModel = db().lookupObject<RASModel>("RASProperties");
 184     const scalarField& y = rasModel.y()[patchI];
 185     const fvPatchVectorField& Uw = rasModel.U().boundaryField()[patchI];
 186     const tmp<volScalarField> tnu = rasModel.nu();
 187     const volScalarField& nu = tnu();
 188     const scalarField& nuw = nu.boundaryField()[patchI];
 189
 190     return y*calcUTau(mag(Uw.snGrad()))/nuw;
 191 }
 192
 193
 194 void nutUSpaldingWallFunctionFvPatchScalarField::write(Ostream& os) const
 195 {
 196     fvPatchField<scalar>::write(os);
 197     writeLocalEntries(os);
 198     writeEntry("value", os);
 199 }
 200
 201
 202 // * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * //
 203
 204 makePatchTypeField
 205 (
 206     fvPatchScalarField,
 207     nutUSpaldingWallFunctionFvPatchScalarField
 208 );
 209
 210 // * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * //
 211
 212 } // End namespace RASModels
 213 } // End namespace incompressible
 214 } // End namespace Foam
 215
 216 // ************************************************************************* //