src/turbulenceModels/incompressible/RAS/kOmegaSST/kOmegaSST.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
  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     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     with updated coefficients from
  40     @verbatim
  41         Menter, F. R., Kuntz, M., and Langtry, R.,
  42         "Ten Years of Industrial Experience with the SST Turbulence Model",
  43         Turbulence, Heat and Mass Transfer 4, 2003,
  44         pp. 625 - 632.
  45     @endverbatim
  46
  47     but with the consistent production terms from the 2001 paper as form in the
  48     2003 paper is a typo, see
  49     @verbatim
  50         http://turbmodels.larc.nasa.gov/sst.html
  51     @endverbatim
  52
  53     and the addition of the optional F3 term for rough walls from
  54     \verbatim
  55         Hellsten, A.
  56         "Some Improvements in Menter’s k-omega-SST turbulence model"
  57         29th AIAA Fluid Dynamics Conference,
  58         AIAA-98-2554,
  59         June 1998.
  60     \endverbatim
  61
  62     Note that this implementation is written in terms of alpha diffusion
  63     coefficients rather than the more traditional sigma (alpha = 1/sigma) so
  64     that the blending can be applied to all coefficuients in a consistent
  65     manner.  The paper suggests that sigma is blended but this would not be
  66     consistent with the blending of the k-epsilon and k-omega models.
  67
  68     Also note that the error in the last term of equation (2) relating to
  69     sigma has been corrected.
  70
  71     The default model coefficients correspond to the following:
  72     @verbatim
  73         kOmegaSSTCoeffs
  74         {
  75             alphaK1     0.85;
  76             alphaK2     1.0;
  77             alphaOmega1 0.5;
  78             alphaOmega2 0.856;
  79             beta1       0.075;
  80             beta2       0.0828;
  81             betaStar    0.09;
  82             gamma1      5/9;
  83             gamma2      0.44;
  84             a1          0.31;
  85             b1          1.0;
  86             c1          10.0;
  87             F3          no;
  88         }
  89     @endverbatim
  90
  91 SourceFiles
  92     kOmegaSST.C
  93
  94 \*---------------------------------------------------------------------------*/
  95
  96 #ifndef kOmegaSST_H
  97 #define kOmegaSST_H
  98
  99 #include "RASModel.H"
 100 #include "wallDist.H"
 101
 102 // * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * //
 103
 104 namespace Foam
 105 {
 106 namespace incompressible
 107 {
 108 namespace RASModels
 109 {
 110
 111 /*---------------------------------------------------------------------------*\
 112                            Class kOmega Declaration
 113 \*---------------------------------------------------------------------------*/
 114
 115 class kOmegaSST
 116 :
 117     public RASModel
 118 {
 119     // Private data
 120
 121         // Model coefficients
 122             dimensionedScalar alphaK1_;
 123             dimensionedScalar alphaK2_;
 124
 125             dimensionedScalar alphaOmega1_;
 126             dimensionedScalar alphaOmega2_;
 127
 128             dimensionedScalar gamma1_;
 129             dimensionedScalar gamma2_;
 130
 131             dimensionedScalar beta1_;
 132             dimensionedScalar beta2_;
 133
 134             dimensionedScalar betaStar_;
 135
 136             dimensionedScalar a1_;
 137             dimensionedScalar b1_;
 138             dimensionedScalar c1_;
 139
 140             Switch F3_;
 141
 142
 143         //- Wall distance field
 144         //  Note: different to wall distance in parent RASModel
 145         wallDist y_;
 146
 147
 148         // Fields
 149
 150             volScalarField k_;
 151             volScalarField omega_;
 152             volScalarField nut_;
 153
 154
 155     // Private member functions
 156
 157         tmp<volScalarField> F1(const volScalarField& CDkOmega) const;
 158         tmp<volScalarField> F2() const;
 159         tmp<volScalarField> F3() const;
 160         tmp<volScalarField> F23() const;
 161
 162         tmp<volScalarField> blend
 163         (
 164             const volScalarField& F1,
 165             const dimensionedScalar& psi1,
 166             const dimensionedScalar& psi2
 167         ) const
 168         {
 169             return F1*(psi1 - psi2) + psi2;
 170         }
 171
 172         tmp<volScalarField> alphaK
 173         (
 174             const volScalarField& F1
 175         ) const
 176         {
 177             return blend(F1, alphaK1_, alphaK2_);
 178         }
 179
 180         tmp<volScalarField> alphaOmega
 181         (
 182             const volScalarField& F1
 183         ) const
 184         {
 185             return blend(F1, alphaOmega1_, alphaOmega2_);
 186         }
 187
 188         tmp<volScalarField> beta
 189         (
 190             const volScalarField& F1
 191         ) const
 192         {
 193             return blend(F1, beta1_, beta2_);
 194         }
 195
 196         tmp<volScalarField> gamma
 197         (
 198             const volScalarField& F1
 199         ) const
 200         {
 201             return blend(F1, gamma1_, gamma2_);
 202         }
 203
 204
 205 public:
 206
 207     //- Runtime type information
 208     TypeName("kOmegaSST");
 209
 210
 211     // Constructors
 212
 213         //- Construct from components
 214         kOmegaSST
 215         (
 216             const volVectorField& U,
 217             const surfaceScalarField& phi,
 218             transportModel& transport
 219         );
 220
 221
 222     //- Destructor
 223     virtual ~kOmegaSST()
 224     {}
 225
 226
 227     // Member Functions
 228
 229         //- Return the turbulence viscosity
 230         virtual tmp<volScalarField> nut() const
 231         {
 232             return nut_;
 233         }
 234
 235         //- Return the effective diffusivity for k
 236         tmp<volScalarField> DkEff(const volScalarField& F1) const
 237         {
 238             return tmp<volScalarField>
 239             (
 240                 new volScalarField("DkEff", alphaK(F1)*nut_ + nu())
 241             );
 242         }
 243
 244         //- Return the effective diffusivity for omega
 245         tmp<volScalarField> DomegaEff(const volScalarField& F1) const
 246         {
 247             return tmp<volScalarField>
 248             (
 249                 new volScalarField("DomegaEff", alphaOmega(F1)*nut_ + nu())
 250             );
 251         }
 252
 253         //- Return the turbulence kinetic energy
 254         virtual tmp<volScalarField> k() const
 255         {
 256             return k_;
 257         }
 258
 259         //- Return the turbulence specific dissipation rate
 260         virtual tmp<volScalarField> omega() const
 261         {
 262             return omega_;
 263         }
 264
 265         //- Return the turbulence kinetic energy dissipation rate
 266         virtual tmp<volScalarField> epsilon() const
 267         {
 268             return tmp<volScalarField>
 269             (
 270                 new volScalarField
 271                 (
 272                     IOobject
 273                     (
 274                         "epsilon",
 275                         mesh_.time().timeName(),
 276                         mesh_
 277                     ),
 278                     betaStar_*k_*omega_,
 279                     omega_.boundaryField().types()
 280                 )
 281             );
 282         }
 283
 284         //- Return the Reynolds stress tensor
 285         virtual tmp<volSymmTensorField> R() const;
 286
 287         //- Return the effective stress tensor including the laminar stress
 288         virtual tmp<volSymmTensorField> devReff() const;
 289
 290         //- Return the source term for the momentum equation
 291         virtual tmp<fvVectorMatrix> divDevReff(volVectorField& U) const;
 292
 293         //- Solve the turbulence equations and correct the turbulence viscosity
 294         virtual void correct();
 295
 296         //- Read RASProperties dictionary
 297         virtual bool read();
 298 };
 299
 300
 301 // * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * //
 302
 303 } // End namespace RASModels
 304 } // namespace incompressible
 305 } // End namespace Foam
 306
 307 // * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * //
 308
 309 #endif
 310
 311 // ************************************************************************* //