src/turbulenceModels/incompressible/RAS/kOmegaSST/kOmegaSST.H

   1 /*---------------------------------------------------------------------------*\
   2   =========                 |
   3   \\      /  F ield         | OpenFOAM: The Open Source CFD Toolbox
   4    \\    /   O peration     |
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   6      \\/     M anipulation  |
   7 -------------------------------------------------------------------------------
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  10
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  20
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  22     along with OpenFOAM.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
  23
  24 Class
  25     Foam::incompressible::RASModels::kOmegaSST
  26
  27 Description
  28     Implementation of the k-omega-SST turbulence model for incompressible
  29     flows.
  30
  31     Turbulence model described in:
  32     \verbatim
  33         Menter, F., Esch, T.
  34         "Elements of Industrial Heat Transfer Prediction"
  35         16th Brazilian Congress of Mechanical Engineering (COBEM),
  36         Nov. 2001
  37     \endverbatim
  38
  39     Note that this implementation is written in terms of alpha diffusion
  40     coefficients rather than the more traditional sigma (alpha = 1/sigma) so
  41     that the blending can be applied to all coefficuients in a consistent
  42     manner.  The paper suggests that sigma is blended but this would not be
  43     consistent with the blending of the k-epsilon and k-omega models.
  44
  45     Also note that the error in the last term of equation (2) relating to
  46     sigma has been corrected.
  47
  48     Wall-functions are applied in this implementation by using equations (14)
  49     to specify the near-wall omega as appropriate.
  50
  51     The blending functions (15) and (16) are not currently used because of the
  52     uncertainty in their origin, range of applicability and that is y+ becomes
  53     sufficiently small blending u_tau in this manner clearly becomes nonsense.
  54
  55     The default model coefficients correspond to the following:
  56     \verbatim
  57         kOmegaSSTCoeffs
  58         {
  59             alphaK1     0.85034;
  60             alphaK2     1.0;
  61             alphaOmega1 0.5;
  62             alphaOmega2 0.85616;
  63             beta1       0.075;
  64             beta2       0.0828;
  65             betaStar    0.09;
  66             gamma1      0.5532;
  67             gamma2      0.4403;
  68             a1          0.31;
  69             c1          10.0;
  70         }
  71     \endverbatim
  72
  73 SourceFiles
  74     kOmegaSST.C
  75
  76 \*---------------------------------------------------------------------------*/
  77
  78 #ifndef kOmegaSST_H
  79 #define kOmegaSST_H
  80
  81 #include "RASModel.H"
  82 #include "wallDist.H"
  83
  84 // * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * //
  85
  86 namespace Foam
  87 {
  88 namespace incompressible
  89 {
  90 namespace RASModels
  91 {
  92
  93 /*---------------------------------------------------------------------------*\
  94                           Class kOmegaSST Declaration
  95 \*---------------------------------------------------------------------------*/
  96
  97 class kOmegaSST
  98 :
  99     public RASModel
 100 {
 101
 102 protected:
 103
 104     // Protected data
 105
 106         // Model coefficients
 107             dimensionedScalar alphaK1_;
 108             dimensionedScalar alphaK2_;
 109
 110             dimensionedScalar alphaOmega1_;
 111             dimensionedScalar alphaOmega2_;
 112
 113             dimensionedScalar gamma1_;
 114             dimensionedScalar gamma2_;
 115
 116             dimensionedScalar beta1_;
 117             dimensionedScalar beta2_;
 118
 119             dimensionedScalar betaStar_;
 120
 121             dimensionedScalar a1_;
 122             dimensionedScalar c1_;
 123
 124         //- Wall distance field
 125         //  Note: different to wall distance in parent RASModel
 126         wallDist y_;
 127
 128         // Fields
 129
 130             volScalarField k_;
 131             volScalarField omega_;
 132             volScalarField nut_;
 133
 134
 135     // Protected Member Functions
 136
 137         tmp<volScalarField> F1(const volScalarField& CDkOmega) const;
 138         tmp<volScalarField> F2() const;
 139
 140         tmp<volScalarField> blend
 141         (
 142             const volScalarField& F1,
 143             const dimensionedScalar& psi1,
 144             const dimensionedScalar& psi2
 145         ) const
 146         {
 147             return F1*(psi1 - psi2) + psi2;
 148         }
 149
 150         tmp<volScalarField> alphaK(const volScalarField& F1) const
 151         {
 152             return blend(F1, alphaK1_, alphaK2_);
 153         }
 154
 155         tmp<volScalarField> alphaOmega(const volScalarField& F1) const
 156         {
 157             return blend(F1, alphaOmega1_, alphaOmega2_);
 158         }
 159
 160         tmp<volScalarField> beta(const volScalarField& F1) const
 161         {
 162             return blend(F1, beta1_, beta2_);
 163         }
 164
 165         tmp<volScalarField> gamma(const volScalarField& F1) const
 166         {
 167             return blend(F1, gamma1_, gamma2_);
 168         }
 169
 170
 171 public:
 172
 173     //- Runtime type information
 174     TypeName("kOmegaSST");
 175
 176
 177     // Constructors
 178
 179         //- Construct from components
 180         kOmegaSST
 181         (
 182             const volVectorField& U,
 183             const surfaceScalarField& phi,
 184             transportModel& transport,
 185             const word& turbulenceModelName = turbulenceModel::typeName,
 186             const word& modelName = typeName
 187         );
 188
 189
 190     //- Destructor
 191     virtual ~kOmegaSST()
 192     {}
 193
 194
 195     // Member Functions
 196
 197         //- Return the turbulence viscosity
 198         virtual tmp<volScalarField> nut() const
 199         {
 200             return nut_;
 201         }
 202
 203         //- Return the effective diffusivity for k
 204         tmp<volScalarField> DkEff(const volScalarField& F1) const
 205         {
 206             return tmp<volScalarField>
 207             (
 208                 new volScalarField("DkEff", alphaK(F1)*nut_ + nu())
 209             );
 210         }
 211
 212         //- Return the effective diffusivity for omega
 213         tmp<volScalarField> DomegaEff(const volScalarField& F1) const
 214         {
 215             return tmp<volScalarField>
 216             (
 217                 new volScalarField("DomegaEff", alphaOmega(F1)*nut_ + nu())
 218             );
 219         }
 220
 221         //- Return the turbulence kinetic energy
 222         virtual tmp<volScalarField> k() const
 223         {
 224             return k_;
 225         }
 226
 227         //- Return the turbulence specific dissipation rate
 228         virtual tmp<volScalarField> omega() const
 229         {
 230             return omega_;
 231         }
 232
 233         //- Return the turbulence kinetic energy dissipation rate
 234         virtual tmp<volScalarField> epsilon() const
 235         {
 236             return tmp<volScalarField>
 237             (
 238                 new volScalarField
 239                 (
 240                     IOobject
 241                     (
 242                         "epsilon",
 243                         mesh_.time().timeName(),
 244                         mesh_
 245                     ),
 246                     betaStar_*k_*omega_,
 247                     omega_.boundaryField().types()
 248                 )
 249             );
 250         }
 251
 252         //- Return the Reynolds stress tensor
 253         virtual tmp<volSymmTensorField> R() const;
 254
 255         //- Return the effective stress tensor including the laminar stress
 256         virtual tmp<volSymmTensorField> devReff() const;
 257
 258         //- Return the source term for the momentum equation
 259         virtual tmp<fvVectorMatrix> divDevReff(volVectorField& U) const;
 260
 261         //- Solve the turbulence equations and correct the turbulence viscosity
 262         virtual void correct();
 263
 264         //- Read RASProperties dictionary
 265         virtual bool read();
 266 };
 267
 268
 269 // * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * //
 270
 271 } // End namespace RASModels
 272 } // namespace incompressible
 273 } // End namespace Foam
 274
 275 // * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * //
 276
 277 #endif
 278
 279 // ************************************************************************* //