src/turbulenceModels/compressible/RAS/derivedFvPatchFields/wallFunctions/mutWallFunctions/mutUSpaldingWallFunction/mutUSpaldingWallFunctionFvPatchScalarField.C

   1 /*---------------------------------------------------------------------------*\
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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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  19     for more details.
  20
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  22     along with OpenFOAM.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
  23
  24 \*---------------------------------------------------------------------------*/
  25
  26 #include "mutUSpaldingWallFunctionFvPatchScalarField.H"
  27 #include "fvPatchFieldMapper.H"
  28 #include "volFields.H"
  29 #include "RASModel.H"
  30 #include "addToRunTimeSelectionTable.H"
  31
  32 // * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * //
  33
  34 namespace Foam
  35 {
  36 namespace compressible
  37 {
  38 namespace RASModels
  39 {
  40
  41 // * * * * * * * * * * * * Protected Member Functions  * * * * * * * * * * * //
  42
  43 tmp<scalarField> mutUSpaldingWallFunctionFvPatchScalarField::calcUTau
  44 (
  45     const scalarField& magGradU
  46 ) const
  47 {
  48     const RASModel& rasModel = db().lookupObject<RASModel>("RASProperties");
  49     const scalarField& y = rasModel.y()[patch().index()];
  50
  51     const fvPatchVectorField& Uw =
  52         rasModel.U().boundaryField()[patch().index()];
  53
  54     scalarField magUp(mag(Uw.patchInternalField() - Uw));
  55
  56     const fvPatchScalarField& rhow =
  57         rasModel.rho().boundaryField()[patch().index()];
  58
  59     const fvPatchScalarField& muw =
  60         rasModel.mu().boundaryField()[patch().index()];
  61     const scalarField& mutw = *this;
  62
  63     tmp<scalarField> tuTau(new scalarField(patch().size(), 0.0));
  64     scalarField& uTau = tuTau();
  65
  66     forAll(mutw, faceI)
  67     {
  68         scalar ut =
  69             sqrt((mutw[faceI] + muw[faceI])*magGradU[faceI]/rhow[faceI]);
  70
  71         if (ut > ROOTVSMALL)
  72         {
  73             int iter = 0;
  74             scalar err = GREAT;
  75
  76             do
  77             {
  78                 scalar kUu = min(kappa_*magUp[faceI]/ut, 50);
  79                 scalar fkUu = exp(kUu) - 1 - kUu*(1 + 0.5*kUu);
  80
  81                 scalar f =
  82                     - ut*y[faceI]/(muw[faceI]/rhow[faceI])
  83                     + magUp[faceI]/ut
  84                     + 1/E_*(fkUu - 1.0/6.0*kUu*sqr(kUu));
  85
  86                 scalar df =
  87                     y[faceI]/(muw[faceI]/rhow[faceI])
  88                   + magUp[faceI]/sqr(ut)
  89                   + 1/E_*kUu*fkUu/ut;
  90
  91                 scalar uTauNew = ut + f/df;
  92                 err = mag((ut - uTauNew)/ut);
  93                 ut = uTauNew;
  94
  95             } while (ut > ROOTVSMALL && err > 0.01 && ++iter < 10);
  96
  97             uTau[faceI] = max(0.0, ut);
  98         }
  99     }
 100
 101     return tuTau;
 102 }
 103
 104
 105 tmp<scalarField> mutUSpaldingWallFunctionFvPatchScalarField::calcMut() const
 106 {
 107     const label patchI = patch().index();
 108
 109     const RASModel& rasModel = db().lookupObject<RASModel>("RASProperties");
 110     const fvPatchVectorField& Uw = rasModel.U().boundaryField()[patchI];
 111     const scalarField magGradU(mag(Uw.snGrad()));
 112     const scalarField& rhow = rasModel.rho().boundaryField()[patchI];
 113     const scalarField& muw = rasModel.mu().boundaryField()[patchI];
 114
 115     return max
 116     (
 117         scalar(0),
 118         rhow*sqr(calcUTau(magGradU))/(magGradU + ROOTVSMALL) - muw
 119     );
 120 }
 121
 122
 123 // * * * * * * * * * * * * * * * * Constructors  * * * * * * * * * * * * * * //
 124
 125 mutUSpaldingWallFunctionFvPatchScalarField::
 126 mutUSpaldingWallFunctionFvPatchScalarField
 127 (
 128     const fvPatch& p,
 129     const DimensionedField<scalar, volMesh>& iF
 130 )
 131 :
 132     mutkWallFunctionFvPatchScalarField(p, iF)
 133 {}
 134
 135
 136 mutUSpaldingWallFunctionFvPatchScalarField::
 137 mutUSpaldingWallFunctionFvPatchScalarField
 138 (
 139     const mutUSpaldingWallFunctionFvPatchScalarField& ptf,
 140     const fvPatch& p,
 141     const DimensionedField<scalar, volMesh>& iF,
 142     const fvPatchFieldMapper& mapper
 143 )
 144 :
 145     mutkWallFunctionFvPatchScalarField(ptf, p, iF, mapper)
 146 {}
 147
 148
 149 mutUSpaldingWallFunctionFvPatchScalarField::
 150 mutUSpaldingWallFunctionFvPatchScalarField
 151 (
 152     const fvPatch& p,
 153     const DimensionedField<scalar, volMesh>& iF,
 154     const dictionary& dict
 155 )
 156 :
 157     mutkWallFunctionFvPatchScalarField(p, iF, dict)
 158 {}
 159
 160
 161 mutUSpaldingWallFunctionFvPatchScalarField::
 162 mutUSpaldingWallFunctionFvPatchScalarField
 163 (
 164     const mutUSpaldingWallFunctionFvPatchScalarField& wfpsf
 165 )
 166 :
 167     mutkWallFunctionFvPatchScalarField(wfpsf)
 168 {}
 169
 170
 171 mutUSpaldingWallFunctionFvPatchScalarField::
 172 mutUSpaldingWallFunctionFvPatchScalarField
 173 (
 174     const mutUSpaldingWallFunctionFvPatchScalarField& wfpsf,
 175     const DimensionedField<scalar, volMesh>& iF
 176 )
 177 :
 178     mutkWallFunctionFvPatchScalarField(wfpsf, iF)
 179 {}
 180
 181
 182 // * * * * * * * * * * * * * * * Member Functions  * * * * * * * * * * * * * //
 183
 184 tmp<scalarField> mutUSpaldingWallFunctionFvPatchScalarField::yPlus() const
 185 {
 186     const label patchI = patch().index();
 187
 188     const RASModel& rasModel = db().lookupObject<RASModel>("RASProperties");
 189     const scalarField& y = rasModel.y()[patchI];
 190     const fvPatchVectorField& Uw = rasModel.U().boundaryField()[patchI];
 191     const scalarField& rhow = rasModel.rho().boundaryField()[patchI];
 192     const scalarField& muw = rasModel.mu().boundaryField()[patchI];
 193
 194     return y*calcUTau(mag(Uw.snGrad()))/(muw/rhow);
 195 }
 196
 197
 198 void mutUSpaldingWallFunctionFvPatchScalarField::write(Ostream& os) const
 199 {
 200     fvPatchField<scalar>::write(os);
 201     writeLocalEntries(os);
 202     writeEntry("value", os);
 203 }
 204
 205
 206 // * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * //
 207
 208 makePatchTypeField
 209 (
 210     fvPatchScalarField,
 211     mutUSpaldingWallFunctionFvPatchScalarField
 212 );
 213
 214 // * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * //
 215
 216 } // End namespace RASModels
 217 } // End namespace compressible
 218 } // End namespace Foam
 219
 220 // ************************************************************************* //