src/turbulenceModels/compressible/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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  20
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  22     along with OpenFOAM.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
  23
  24 Class
  25     Foam::compressible::RASModels::kOmegaSST
  26
  27 Description
  28     Implementation of the k-omega-SST turbulence model for compressible flows.
  29
  30     Turbulence model described in:
  31     \verbatim
  32         Menter, F., Esch, T.
  33         "Elements of Industrial Heat Transfer Prediction"
  34         16th Brazilian Congress of Mechanical Engineering (COBEM),
  35         Nov. 2001
  36     \endverbatim
  37
  38     Note that this implementation is written in terms of alpha diffusion
  39     coefficients rather than the more traditional sigma (alpha = 1/sigma) so
  40     that the blending can be applied to all coefficuients in a consistent
  41     manner.  The paper suggests that sigma is blended but this would not be
  42     consistent with the blending of the k-epsilon and k-omega models.
  43
  44     Also note that the error in the last term of equation (2) relating to
  45     sigma has been corrected.
  46
  47     Wall-functions are applied in this implementation by using equations (14)
  48     to specify the near-wall omega as appropriate.
  49
  50     The blending functions (15) and (16) are not currently used because of the
  51     uncertainty in their origin, range of applicability and that is y+ becomes
  52     sufficiently small blending u_tau in this manner clearly becomes nonsense.
  53
  54     The default model coefficients correspond to the following:
  55     \verbatim
  56         kOmegaSSTCoeffs
  57         {
  58             alphaK1     0.85034;
  59             alphaK2     1.0;
  60             alphaOmega1 0.5;
  61             alphaOmega2 0.85616;
  62             Prt         1.0;    // only for compressible
  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 compressiblekOmegaSST_H
  79 #define compressiblekOmegaSST_H
  80
  81 #include "RASModel.H"
  82 #include "wallDist.H"
  83
  84 // * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * //
  85
  86 namespace Foam
  87 {
  88 namespace compressible
  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
 108             dimensionedScalar alphaK1_;
 109             dimensionedScalar alphaK2_;
 110
 111             dimensionedScalar alphaOmega1_;
 112             dimensionedScalar alphaOmega2_;
 113
 114             dimensionedScalar Prt_;
 115
 116             dimensionedScalar gamma1_;
 117             dimensionedScalar gamma2_;
 118
 119             dimensionedScalar beta1_;
 120             dimensionedScalar beta2_;
 121
 122             dimensionedScalar betaStar_;
 123
 124             dimensionedScalar a1_;
 125             dimensionedScalar c1_;
 126
 127
 128         //- Wall distance
 129         //  Note: different to wall distance in parent RASModel
 130         wallDist y_;
 131
 132         // Fields
 133
 134             volScalarField k_;
 135             volScalarField omega_;
 136             volScalarField mut_;
 137             volScalarField alphat_;
 138
 139
 140     // Private Member Functions
 141
 142         tmp<volScalarField> F1(const volScalarField& CDkOmega) const;
 143         tmp<volScalarField> F2() const;
 144
 145         tmp<volScalarField> blend
 146         (
 147             const volScalarField& F1,
 148             const dimensionedScalar& psi1,
 149             const dimensionedScalar& psi2
 150         ) const
 151         {
 152             return F1*(psi1 - psi2) + psi2;
 153         }
 154
 155         tmp<volScalarField> alphaK(const volScalarField& F1) const
 156         {
 157             return blend(F1, alphaK1_, alphaK2_);
 158         }
 159
 160         tmp<volScalarField> alphaOmega(const volScalarField& F1) const
 161         {
 162             return blend(F1, alphaOmega1_, alphaOmega2_);
 163         }
 164
 165         tmp<volScalarField> beta(const volScalarField& F1) const
 166         {
 167             return blend(F1, beta1_, beta2_);
 168         }
 169
 170         tmp<volScalarField> gamma(const volScalarField& F1) const
 171         {
 172             return blend(F1, gamma1_, gamma2_);
 173         }
 174
 175
 176 public:
 177
 178     //- Runtime type information
 179     TypeName("kOmegaSST");
 180
 181
 182     // Constructors
 183
 184         //- Construct from components
 185         kOmegaSST
 186         (
 187             const volScalarField& rho,
 188             const volVectorField& U,
 189             const surfaceScalarField& phi,
 190             const basicThermo& thermophysicalModel,
 191             const word& turbulenceModelName = turbulenceModel::typeName,
 192             const word& modelName = typeName
 193         );
 194
 195
 196     //- Destructor
 197     virtual ~kOmegaSST()
 198     {}
 199
 200
 201     // Member Functions
 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)*mut_ + mu())
 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)*mut_ + mu())
 218             );
 219         }
 220
 221         virtual tmp<volScalarField> mut() const
 222         {
 223             return mut_;
 224         }
 225
 226         //- Return the turbulence thermal diffusivity
 227         virtual tmp<volScalarField> alphat() const
 228         {
 229             return alphat_;
 230         }
 231
 232         //- Return the turbulence kinetic energy
 233         virtual tmp<volScalarField> k() const
 234         {
 235             return k_;
 236         }
 237
 238         virtual tmp<volScalarField> omega() const
 239         {
 240             return omega_;
 241         }
 242
 243         //- Return the turbulence kinetic energy dissipation rate
 244         virtual tmp<volScalarField> epsilon() const
 245         {
 246             return tmp<volScalarField>
 247             (
 248                 new volScalarField
 249                 (
 250                     IOobject
 251                     (
 252                         "epsilon",
 253                         mesh_.time().timeName(),
 254                         mesh_
 255                     ),
 256                     betaStar_*k_*omega_,
 257                     omega_.boundaryField().types()
 258                 )
 259             );
 260         }
 261
 262         //- Return the Reynolds stress tensor
 263         virtual tmp<volSymmTensorField> R() const;
 264
 265         //- Return the effective stress tensor including the laminar stress
 266         virtual tmp<volSymmTensorField> devRhoReff() const;
 267
 268         //- Return the source term for the momentum equation
 269         virtual tmp<fvVectorMatrix> divDevRhoReff(volVectorField& U) const;
 270
 271         //- Solve the turbulence equations and correct the turbulence viscosity
 272         virtual void correct();
 273
 274         //- Read RASProperties dictionary
 275         virtual bool read();
 276 };
 277
 278
 279 // * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * //
 280
 281 } // End namespace RASModels
 282 } // End namespace compressible
 283 } // End namespace Foam
 284
 285 // * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * //
 286
 287 #endif
 288
 289 // ************************************************************************* //