src/engine/engineTopoChangerMesh/thoboisSliding/thoboisSliding.H

   1 /*---------------------------------------------------------------------------*\
   2   =========                 |
   3   \\      /  F ield         | foam-extend: Open Source CFD
   4    \\    /   O peration     |
   5     \\  /    A nd           | For copyright notice see file Copyright
   6      \\/     M anipulation  |
   7 -------------------------------------------------------------------------------
   8 License
   9     This file is part of foam-extend.
  10
  11     foam-extend is free software: you can redistribute it and/or modify it
  12     under the terms of the GNU General Public License as published by the
  13     Free Software Foundation, either version 3 of the License, or (at your
  14     option) any later version.
  15
  16     foam-extend is distributed in the hope that it will be useful, but
  17     WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  18     MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
  19     General Public License for more details.
  20
  21     You should have received a copy of the GNU General Public License
  22     along with foam-extend.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
  23
  24 Class
  25     verticalValvesGambit
  26
  27 Description
  28     Engine mesh with topological changes to simulate four-stroke engines with
  29     vertical valves. The mesh is split into several regions
  30
  31     - piston mesh
  32     - intake/exhaust ports
  33     - valve curtain mesh
  34
  35     which are connected by sliding interfaces and attach/detach boundaries.
  36
  37     Layer/addition removal is performed by piston, top and bottom of the valves.
  38
  39     TetDecompositionMotionSolver is used for mesh deformation mode.
  40
  41     Works also with Fluent (*.msh) or Gambit (*.neu) meshes since the facesZones
  42     are added in a different way.
  43
  44 SourceFiles
  45     addVerticalValvesGambitMeshModifiers.C
  46     verticalValvesGambit.C
  47     verticalValvesGambitCalculate.C
  48     verticalValvesGambitInitialize.C
  49     verticalValvesGambitMove.C
  50
  51 Author
  52     Tommaso Lucchini
  53
  54 \*---------------------------------------------------------------------------*/
  55
  56 #ifndef thoboisSliding_H
  57 #define thoboisSliding_H
  58
  59 #include "engineTopoChangerMesh.H"
  60 #include "enginePiston.H"
  61 #include "motionSolver.H"
  62 #include "polyPatchID.H"
  63 #include "thoboisSlidingValveBank.H"
  64 #include "twoDPointCorrector.H"
  65
  66 #include "faceSet.H"
  67 #include "pointSet.H"
  68 #include "cellSet.H"
  69 // * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * //
  70
  71 namespace Foam
  72 {
  73
  74 // Class forward declarations
  75
  76 /*---------------------------------------------------------------------------*\
  77                            Class verticalValves Declaration
  78 \*---------------------------------------------------------------------------*/
  79
  80 class thoboisSliding
  81 :
  82     public engineTopoChangerMesh
  83 {
  84     // Private data
  85
  86         //- Piston patch
  87         enginePiston piston_;
  88
  89         //- vertical valves
  90         thoboisSlidingValveBank valves_;
  91
  92         //- Markup field for moving points on the top of the valve.  Moving points marked with 1
  93         mutable scalarField* movingPointsMaskTopPtr_;
  94
  95         //- Markup field for moving points on the bottom of the valve.  Moving points marked with 1
  96         mutable scalarField* movingPointsMaskBottomPtr_;
  97
  98         //- Markup field for moving points on the remainder of the cylinder mesh.  Moving points marked with 1
  99         mutable scalarField* movingPointsMaskPistonPtr_;
 100
 101         //- Markup field for points.
 102         mutable scalarField* movingPointsMaskPistonValvesPtr_;
 103
 104         //- Layering-to-deformation switch in crank-angle degrees
 105         scalar deformSwitch_;
 106
 107         //- Tolerance used when the piston faceZone is created
 108         scalar delta_;
 109
 110         //- Distance from the piston patch
 111         scalar offSet_;
 112
 113         //- Top valve tolerance, when valve lift < tol, valve top layering is disabled
 114         scalar valveTopTol_;
 115
 116         //- Piston Position
 117         scalar pistonPosition_;
 118
 119         //- Virtual piston position (pistonPosition + offSet)
 120         scalar virtualPistonPosition_;
 121
 122         //- Virtual position of the top of the valves
 123         scalarField valveTopPosition_;
 124
 125         //- Virtual position of the bottom of the valves
 126         scalarField valveBottomPosition_;
 127
 128         //- Virtual position of the bottom of the valves
 129         scalarField valvePistonPosition_;
 130
 131         //- deckHeight
 132         scalar deckHeight_;
 133
 134         //- min valveHead z
 135         scalarField minValveZ_;
 136
 137         //- tolerance for valve poppet faces (used to create a faceZone)
 138         scalar poppetValveTol_;
 139
 140         //- tolerance for valve poppet faces (used to create a faceZone)
 141         scalar bottomValveTol_;
 142
 143         //- Motion solver
 144         autoPtr<motionSolver> msPtr_;
 145
 146         //- Is the valve really closed
 147         boolList isReallyClosed_;
 148
 149         //- correct points motion after attach
 150         Switch correctPointsMotion_;
 151
 152     // Private Member Functions
 153
 154         //- Disallow default bitwise copy construct
 155         thoboisSliding(const thoboisSliding&);
 156
 157         //- Disallow default bitwise assignment
 158         void operator=(const thoboisSliding&);
 159
 160         //- Make layering modifiers live
 161         void makeLayersLive();
 162
 163         //- Make Sliding interface modifiers live
 164         void makeSlidersLive();
 165
 166         //- Is the sliding interface attached?
 167         bool attached() const;
 168
 169         //- Prepare valve attach/detach
 170         void valveDetach();
 171
 172         //- Prepare valve attach/detach
 173         void valveAttach();
 174
 175         //- Prepare valve attach/detach
 176         void prepareValveDetach();
 177
 178         //- Check if all patches exist, then calculate virtualPistonPosition,
 179         //- pistonPosition and deckHeight for the first time
 180         void checkAndCalculate();
 181
 182         //- Calculate the virtualPistonPosition,
 183         void setVirtualPositions();
 184
 185         //- Correct the vertical motion for the points below the "virtual piston",
 186         void correctVerticalMotion();
 187
 188         //- Calculate moving masks
 189         void calcMovingMasks() const;
 190
 191         //- Calculate moving masks for the top of the valves
 192         void calcMovingMaskTop(const label i) const;
 193
 194         //- Calculate moving masks for the bottom of the valves
 195         void calcMovingMaskBottom(const label i) const;
 196
 197         //- Calculate moving masks for the piston points
 198         void calcMovingMaskPiston() const;
 199
 200         //- Calculate moving masks for the piston/valve points
 201         void calcMovingMaskPistonValves(const label i) const;
 202
 203         //- Return moving points mask for the top of the valves
 204         const scalarField& movingPointsMaskTop(const label i) const;
 205
 206         //- Return moving points mask for the bottom of the valves
 207         const scalarField& movingPointsMaskBottom(const label i) const;
 208
 209         //- Return moving points mask for the top of the valves
 210         const scalarField& movingPointsMaskPiston() const;
 211
 212         //- Return moving points mask for the bottom of the valves
 213         const scalarField& movingPointsMaskPistonValves(const label i) const;
 214
 215         bool realDeformation() const;
 216
 217         bool inValve(const point& p, const label& i) const;
 218         bool inPiston(const point& p) const;
 219
 220         bool isACylinderHeadFace(const labelList& cylHeadFaces, const label face);
 221
 222 public:
 223
 224     //- Runtime type information
 225     TypeName("thoboisSliding");
 226
 227
 228     // Constructors
 229
 230         //- Construct from database
 231         explicit thoboisSliding(const IOobject& io);
 232
 233
 234     // Destructor - default
 235
 236
 237     // Member Functions
 238
 239         inline const enginePiston& piston() const;
 240         inline const thoboisSlidingValveBank& valves() const;
 241         inline const scalar& deformSwitch() const;
 242         inline const scalar& delta() const;
 243         inline const scalar& offSet() const;
 244         inline const scalar& valveTopTol() const;
 245         inline const scalar& pistonPosition() const;
 246         inline scalar& pistonPosition();
 247         inline const scalar& virtualPistonPosition() const;
 248         inline scalar& virtualPistonPosition();
 249         inline const scalarField& valveTopPosition() const;
 250         inline scalarField& valveTopPosition();
 251         inline const scalarField& valveBottomPosition() const;
 252         inline scalarField& valveBottomPosition();
 253         inline const scalarField& valvePistonPosition() const;
 254         inline scalarField& valvePistonPosition();
 255         inline const scalar& deckHeight() const;
 256         inline scalar& deckHeight();
 257         inline const scalarField& minValveZ() const;
 258         inline scalarField& maxValveZ();
 259         inline const scalar& poppetValveTol() const;
 260         inline boolList& isReallyClosed();
 261         inline const boolList& isReallyClosed() const;
 262
 263
 264         //- Return true for mesh deformation mode
 265         bool deformation() const
 266         {
 267             return
 268                 engTime().thetaRevolution() > -deformSwitch_
 269              && engTime().thetaRevolution() < deformSwitch_;
 270         }
 271
 272         //- Return number of valves
 273         label nValves() const
 274         {
 275             return valves_.size();
 276         }
 277
 278         //- Add valve and piston zones and modifiers
 279         void addZonesAndModifiers();
 280
 281         //- Move and morph
 282         virtual bool update();
 283
 284         //- Set boundary velocities
 285         void setBoundaryVelocity(volVectorField& U);
 286
 287 };
 288
 289
 290 // * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * //
 291
 292 } // End namespace Foam
 293
 294 // * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * //
 295 #include "thoboisSlidingI.H"
 296
 297 #endif
 298
 299 // ************************************************************************* //