OpenFOAM

OpenFOAM (початкова назва — FOAM) було створено Генрі Веллером наприкінці 1980-х в Імперському коледжі Лондона, щоб розробити більш потужну та гнучку загальну імітаційну платформу, ніж Фортран. Це призвело до вибору C++ як мови програмування через її модульність та об'єктно-орієнтовані функції. Хруве Ясак працював у Імперському коледжі як доктор філософських наук з 1993 до 1996 року. У 2000 році Ясак об'єднав свої зусилля з Веллером у спробі комерціалізації FOAM[9] через компанію Nabla Ltd.[10] У 2004 році компанія Nabla Ltd припинила роботу, і Генрі Веллер, Кріс Грінсілдс та Маттійс Янссенс заснували OpenCFD Ltd для розробки та випуску OpenFOAM.[11] У той же час, Ясак заснував консалтингову компанію Wikki Ltd [12] і підтримував розгалуження openfoam-extend, пізніше  перейменовану на foam-extend.

8 серпня 2011 року OpenCFD було придбано Silicon Graphics International (SGI).[13] У той же час авторське право на OpenFOAM було передано OpenFOAM Foundation, новоствореній неприбутковій організації, яка керує OpenFOAM і розповсюджує її широкій публіці. 12 вересня 2012 року, ESI Group оголосила про придбання OpenCFD Ltd від SGI.[14] У 2014 Веллер і Гріншилдс покинули ESI Group і продовжують розробку та управління OpenFOAM, від імені OpenFOAM Foundation, на CFD Direct.[15] CFD Direct розробляє OpenFOAM версію з ідентифікатором програмного забезпечення (5.0), тоді як ESI group зараз самостійно розробляє версію з ідентифікатором програмного забезпечення (v1712).

OpenFOAM складається з великої базової бібліотеки, яка пропонує основні можливості коду:

• Тензорні операції та операції із векторними полями
• Дискретизація рівнянь в частинних похідних з використанням зручного для читання людиною синтаксису
• Рішення лінійних систем[17]
• Рішення звичайних диференціальних рівнянь[18]
• Автоматичне розпаралелювання операцій високого рівня
• Динамічна сітка[19]
• Загальні фізичні моделі
  • Реологічні моделі[20]
  • Термодинамічні моделі[21]
  • Моделі турбулентності[22]
  • Хімічні реакції та моделі кінетики[23]
  • Лагранжеві методи відстеження частинок[24]
  • Моделі випромінювання-теплопередачі
  • Методології багато- та одноканальних фреймів

Потужності, надані бібліотекою, потім використовуються для розробки додатків. Програми розробляються за допомогою синтаксису високого рівня, представленого OpenFOAM, метою якого є відтворення умовних математичних позначень. Є дві категорії додатків:

• Розв'язувачі: вони виконують фактичний розрахунок для вирішення конкретної проблеми механіки континууму.
• Утиліти: вони використовуються для підготовки сітки, встановлення симуляційного випадку, обробки результатів та виконання операцій, крім вирішення розглянутої проблеми.

Кожна програма надає певні можливості: наприклад, програма blockMesh використовується для створення сітки з вхідного файлу, наданого користувачем, тоді як інша програма, що називається icoFoam, розв'язує рівняння Нев'є-Стокса для нестисливого ламінарного потоку.

Нарешті, набір сторонніх пакетів використовується для забезпечення паралельної функціональності (OpenMPI) та графічної після обробки (ParaView).

Моделювання спалення Метану. Графічний інтерфейс користувача - ParaView.

OpenFOAM розв'язувачі включають[25]:

• Базові CFD розв'язувачі
• Нестримний потік з RANS та LES можливостями[26]
• Потік стисливої рідини з RANS- та LES-можливостями[27]
• Розв'язувачі плавучих потоків[28]
• DNS та LES
• Розв'язувачі багатофазових потоків[29]
• Розв'язувачі відстеження частинок
• Розв'язувачі проблем згоряння[30]
• Розв'язувачі для кон'югатної теплопередачі[28]
• Розв'язувачі молекулярної динаміки[31]
• Розв'язувачі симулятора Монте Карло[32]
• Розв'язувачі електромагнетизму[33]
• Розв'язувачі твердої динаміки[34]

Крім стандартних розв'язувачів, синтаксис OpenFOAM дозволяє легко створювати власні розв'язувачі.

OpenFOAM-утиліти поділяються на:

• Утиліти сіток
  • Генерація сітки: вони генерують обчислювальні сітки, починаючи з вхідного файлу (blockMesh) або з загальної геометрії, яка вказується як  STL-файл, який автоматично зчеплений шістнадцятковою сіткою (snappyHexMesh)
  • Перетворення сітки: вони перетворюють сітки, створені за допомогою інших інструментів, у формат OpenFOAM
  • Маніпуляція сіткою: вони виконують певні операції на сітці, такі як локалізований пошук, визначення регіонів та інші
• Утиліти паралельної обробки: вони надають інструменти для розкладання, реконстукції та перерозподілу обчислювального корпусу для виконання паралельних обчислень
• Передпроектні утиліти: інструменти для підготовки випадків моделювання
• Утиліти пост-обробки: інструменти для обробки результатів випадків моделювання, включаючи плагін для інтерфейсу OpenFOAM та ParaView
  
• Поверхневі утиліти
• Термофізичні утиліти

OpenFOAM вільне та відкрите програмне забезпечення, випущене за умови дотримання GNU General Public License версії 3.[35]

• FEATool[37]
• HELYX-OS[38]
• iconCFD[39]
• SimFlow[40]
• SimScale[41]
• SwiftBloc[42] та SwiftSnap[43]
• VisualCFD[44]
• InsightCAE [45]

Стаття створена за ініціативи  факультету прикладної математики та інформатики Львівського Національного Університету імені Івана Франка