src/turbulenceModels/incompressible/RAS/coupledKOmegaSST/coupledKOmegaSST.H

   1 /*---------------------------------------------------------------------------*\
   2   =========                 |
   3   \\      /  F ield         | foam-extend: Open Source CFD
   4    \\    /   O peration     | Version:     3.2
   5     \\  /    A nd           | Web:         http://www.foam-extend.org
   6      \\/     M anipulation  | For copyright notice see file Copyright
   7 -------------------------------------------------------------------------------
   8 License
   9     This file is part of foam-extend.
  10
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  16     foam-extend is distributed in the hope that it will be useful, but
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  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     Foam::incompressible::RASModels::coupledKOmegaSST
  26
  27 Description
  28     Implementation of the k-omega-SST turbulence model for incompressible
  29     flows using a block-coupled solution.
  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         coupledKOmegaSSTCoeffs
  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 Author
  74     Hrvoje Jasak, Wikki Ltd.  All rights reserved.
  75
  76 SourceFiles
  77     coupledKOmegaSST.C
  78
  79 \*---------------------------------------------------------------------------*/
  80
  81 #ifndef coupledKOmegaSST_H
  82 #define coupledKOmegaSST_H
  83
  84 #include "RASModel.H"
  85 #include "wallDist.H"
  86
  87 // * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * //
  88
  89 namespace Foam
  90 {
  91 namespace incompressible
  92 {
  93 namespace RASModels
  94 {
  95
  96 /*---------------------------------------------------------------------------*\
  97                            Class kOmega Declaration
  98 \*---------------------------------------------------------------------------*/
  99
 100 class coupledKOmegaSST
 101 :
 102     public RASModel
 103 {
 104     // Private 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
 125         //- Wall distance field
 126         //  Note: different to wall distance in parent RASModel
 127         wallDist y_;
 128
 129
 130         // Fields
 131
 132             volScalarField k_;
 133             volScalarField omega_;
 134             volScalarField nut_;
 135
 136        // Block vector field for k-omega
 137        volVector2Field kOmega_;
 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
 156         (
 157             const volScalarField& F1
 158         ) const
 159         {
 160             return blend(F1, alphaK1_, alphaK2_);
 161         }
 162
 163         tmp<volScalarField> alphaOmega
 164         (
 165             const volScalarField& F1
 166         ) const
 167         {
 168             return blend(F1, alphaOmega1_, alphaOmega2_);
 169         }
 170
 171         tmp<volScalarField> beta
 172         (
 173             const volScalarField& F1
 174         ) const
 175         {
 176             return blend(F1, beta1_, beta2_);
 177         }
 178
 179         tmp<volScalarField> gamma
 180         (
 181             const volScalarField& F1
 182         ) const
 183         {
 184             return blend(F1, gamma1_, gamma2_);
 185         }
 186
 187
 188 public:
 189
 190     //- Runtime type information
 191     TypeName("coupledKOmegaSST");
 192
 193
 194     // Constructors
 195
 196         //- Construct from components
 197         coupledKOmegaSST
 198         (
 199             const volVectorField& U,
 200             const surfaceScalarField& phi,
 201             transportModel& transport
 202         );
 203
 204
 205     //- Destructor
 206
 207         virtual ~coupledKOmegaSST()
 208         {}
 209
 210
 211     // Member Functions
 212
 213         //- Return the turbulence viscosity
 214         virtual tmp<volScalarField> nut() const
 215         {
 216             return nut_;
 217         }
 218
 219         //- Return the effective diffusivity for k
 220         tmp<volScalarField> DkEff(const volScalarField& F1) const
 221         {
 222             return tmp<volScalarField>
 223             (
 224                 new volScalarField("DkEff", alphaK(F1)*nut_ + nu())
 225             );
 226         }
 227
 228         //- Return the effective diffusivity for omega
 229         tmp<volScalarField> DomegaEff(const volScalarField& F1) const
 230         {
 231             return tmp<volScalarField>
 232             (
 233                 new volScalarField("DomegaEff", alphaOmega(F1)*nut_ + nu())
 234             );
 235         }
 236
 237         //- Return the turbulence kinetic energy
 238         virtual tmp<volScalarField> k() const
 239         {
 240             return k_;
 241         }
 242
 243         //- Return the turbulence specific dissipation rate
 244         virtual tmp<volScalarField> omega() const
 245         {
 246             return omega_;
 247         }
 248
 249         //- Return the turbulence kinetic energy dissipation rate
 250         virtual tmp<volScalarField> epsilon() const
 251         {
 252             return tmp<volScalarField>
 253             (
 254                 new volScalarField
 255                 (
 256                     IOobject
 257                     (
 258                         "epsilon",
 259                         mesh_.time().timeName(),
 260                         mesh_
 261                     ),
 262                     betaStar_*k_*omega_,
 263                     omega_.boundaryField().types()
 264                 )
 265             );
 266         }
 267
 268         //- Return the Reynolds stress tensor
 269         virtual tmp<volSymmTensorField> R() const;
 270
 271         //- Return the effective stress tensor including the laminar stress
 272         virtual tmp<volSymmTensorField> devReff() const;
 273
 274         //- Return the source term for the momentum equation
 275         virtual tmp<fvVectorMatrix> divDevReff(volVectorField& U) const;
 276
 277         //- Solve the turbulence equations and correct the turbulence viscosity
 278         virtual void correct();
 279
 280         //- Read RASProperties dictionary
 281         virtual bool read();
 282 };
 283
 284
 285 // * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * //
 286
 287 } // End namespace RASModels
 288 } // namespace incompressible
 289 } // End namespace Foam
 290
 291 // * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * //
 292
 293 #endif
 294
 295 // ************************************************************************* //