mirror of
https://develop.openfoam.com/Development/openfoam.git
synced 2025-11-28 03:28:01 +00:00
ENH: Updates to ODEChemistryModel.[CH]
This commit is contained in:
andy
@ -2,7 +2,7 @@
|
||||
========= |
|
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\\ / F ield | OpenFOAM: The Open Source CFD Toolbox
|
||||
\\ / O peration |
|
||||
\\ / A nd | Copyright (C) 2009-2009 OpenCFD Ltd.
|
||||
\\ / A nd | Copyright (C) 2009-2010 OpenCFD Ltd.
|
||||
\\/ M anipulation |
|
||||
-------------------------------------------------------------------------------
|
||||
License
|
||||
@ -93,7 +93,8 @@ Foam::ODEChemistryModel<CompType, ThermoType>::~ODEChemistryModel()
|
||||
// * * * * * * * * * * * * * * * Member Functions * * * * * * * * * * * * * //
|
||||
|
||||
template<class CompType, class ThermoType>
|
||||
Foam::scalarField Foam::ODEChemistryModel<CompType, ThermoType>::omega
|
||||
Foam::tmp<Foam::scalarField>
|
||||
Foam::ODEChemistryModel<CompType, ThermoType>::omega
|
||||
(
|
||||
const scalarField& c,
|
||||
const scalar T,
|
||||
@ -103,7 +104,8 @@ Foam::scalarField Foam::ODEChemistryModel<CompType, ThermoType>::omega
|
||||
scalar pf, cf, pr, cr;
|
||||
label lRef, rRef;
|
||||
|
||||
scalarField om(nEqns(), 0.0);
|
||||
tmp<scalarField> tom(new scalarField(nEqns(), 0.0));
|
||||
scalarField& om = tom();
|
||||
|
||||
forAll(reactions_, i)
|
||||
{
|
||||
@ -116,20 +118,20 @@ Foam::scalarField Foam::ODEChemistryModel<CompType, ThermoType>::omega
|
||||
|
||||
forAll(R.lhs(), s)
|
||||
{
|
||||
label si = R.lhs()[s].index;
|
||||
scalar sl = R.lhs()[s].stoichCoeff;
|
||||
const label si = R.lhs()[s].index;
|
||||
const scalar sl = R.lhs()[s].stoichCoeff;
|
||||
om[si] -= sl*omegai;
|
||||
}
|
||||
|
||||
forAll(R.rhs(), s)
|
||||
{
|
||||
label si = R.rhs()[s].index;
|
||||
scalar sr = R.rhs()[s].stoichCoeff;
|
||||
const label si = R.rhs()[s].index;
|
||||
const scalar sr = R.rhs()[s].stoichCoeff;
|
||||
om[si] += sr*omegai;
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
|
||||
return om;
|
||||
return tom;
|
||||
}
|
||||
|
||||
|
||||
@ -154,8 +156,8 @@ Foam::scalar Foam::ODEChemistryModel<CompType, ThermoType>::omega
|
||||
c2[i] = max(0.0, c[i]);
|
||||
}
|
||||
|
||||
scalar kf = R.kf(T, p, c2);
|
||||
scalar kr = R.kr(kf, T, p, c2);
|
||||
const scalar kf = R.kf(T, p, c2);
|
||||
const scalar kr = R.kr(kf, T, p, c2);
|
||||
|
||||
pf = 1.0;
|
||||
pr = 1.0;
|
||||
@ -169,26 +171,26 @@ Foam::scalar Foam::ODEChemistryModel<CompType, ThermoType>::omega
|
||||
pf = kf;
|
||||
for (label s=1; s<Nl; s++)
|
||||
{
|
||||
label si = R.lhs()[s].index;
|
||||
const label si = R.lhs()[s].index;
|
||||
|
||||
if (c[si] < c[lRef])
|
||||
{
|
||||
scalar exp = R.lhs()[slRef].exponent;
|
||||
const scalar exp = R.lhs()[slRef].exponent;
|
||||
pf *= pow(max(0.0, c[lRef]), exp);
|
||||
lRef = si;
|
||||
slRef = s;
|
||||
}
|
||||
else
|
||||
{
|
||||
scalar exp = R.lhs()[s].exponent;
|
||||
const scalar exp = R.lhs()[s].exponent;
|
||||
pf *= pow(max(0.0, c[si]), exp);
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
cf = max(0.0, c[lRef]);
|
||||
|
||||
{
|
||||
scalar exp = R.lhs()[slRef].exponent;
|
||||
if (exp<1.0)
|
||||
const scalar exp = R.lhs()[slRef].exponent;
|
||||
if (exp < 1.0)
|
||||
{
|
||||
if (cf > SMALL)
|
||||
{
|
||||
@ -212,25 +214,25 @@ Foam::scalar Foam::ODEChemistryModel<CompType, ThermoType>::omega
|
||||
pr = kr;
|
||||
for (label s=1; s<Nr; s++)
|
||||
{
|
||||
label si = R.rhs()[s].index;
|
||||
const label si = R.rhs()[s].index;
|
||||
if (c[si] < c[rRef])
|
||||
{
|
||||
scalar exp = R.rhs()[srRef].exponent;
|
||||
const scalar exp = R.rhs()[srRef].exponent;
|
||||
pr *= pow(max(0.0, c[rRef]), exp);
|
||||
rRef = si;
|
||||
srRef = s;
|
||||
}
|
||||
else
|
||||
{
|
||||
scalar exp = R.rhs()[s].exponent;
|
||||
const scalar exp = R.rhs()[s].exponent;
|
||||
pr *= pow(max(0.0, c[si]), exp);
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
cr = max(0.0, c[rRef]);
|
||||
|
||||
{
|
||||
scalar exp = R.rhs()[srRef].exponent;
|
||||
if (exp<1.0)
|
||||
const scalar exp = R.rhs()[srRef].exponent;
|
||||
if (exp < 1.0)
|
||||
{
|
||||
if (cr>SMALL)
|
||||
{
|
||||
@ -259,8 +261,8 @@ void Foam::ODEChemistryModel<CompType, ThermoType>::derivatives
|
||||
scalarField& dcdt
|
||||
) const
|
||||
{
|
||||
scalar T = c[nSpecie_];
|
||||
scalar p = c[nSpecie_ + 1];
|
||||
const scalar T = c[nSpecie_];
|
||||
const scalar p = c[nSpecie_ + 1];
|
||||
|
||||
dcdt = omega(c, T, p);
|
||||
|
||||
@ -270,16 +272,16 @@ void Foam::ODEChemistryModel<CompType, ThermoType>::derivatives
|
||||
scalar cSum = 0.0;
|
||||
for (label i=0; i<nSpecie_; i++)
|
||||
{
|
||||
scalar W = specieThermo_[i].W();
|
||||
const scalar W = specieThermo_[i].W();
|
||||
cSum += c[i];
|
||||
rho += W*c[i];
|
||||
}
|
||||
scalar mw = rho/cSum;
|
||||
const scalar mw = rho/cSum;
|
||||
scalar cp = 0.0;
|
||||
for (label i=0; i<nSpecie_; i++)
|
||||
{
|
||||
scalar cpi = specieThermo_[i].cp(T);
|
||||
scalar Xi = c[i]/rho;
|
||||
const scalar cpi = specieThermo_[i].cp(T);
|
||||
const scalar Xi = c[i]/rho;
|
||||
cp += Xi*cpi;
|
||||
}
|
||||
cp /= mw;
|
||||
@ -287,18 +289,18 @@ void Foam::ODEChemistryModel<CompType, ThermoType>::derivatives
|
||||
scalar dT = 0.0;
|
||||
for (label i=0; i<nSpecie_; i++)
|
||||
{
|
||||
scalar hi = specieThermo_[i].h(T);
|
||||
const scalar hi = specieThermo_[i].h(T);
|
||||
dT += hi*dcdt[i];
|
||||
}
|
||||
dT /= rho*cp;
|
||||
|
||||
// limit the time-derivative, this is more stable for the ODE
|
||||
// solver when calculating the allowed time step
|
||||
scalar dtMag = min(500.0, mag(dT));
|
||||
dcdt[nSpecie_] = -dT*dtMag/(mag(dT) + 1.0e-10);
|
||||
const scalar dTLimited = min(500.0, mag(dT));
|
||||
dcdt[nSpecie_] = -dT*dTLimited/(mag(dT) + 1.0e-10);
|
||||
|
||||
// dp/dt = ...
|
||||
dcdt[nSpecie_+1] = 0.0;
|
||||
dcdt[nSpecie_ + 1] = 0.0;
|
||||
}
|
||||
|
||||
|
||||
@ -311,11 +313,11 @@ void Foam::ODEChemistryModel<CompType, ThermoType>::jacobian
|
||||
scalarSquareMatrix& dfdc
|
||||
) const
|
||||
{
|
||||
scalar T = c[nSpecie_];
|
||||
scalar p = c[nSpecie_ + 1];
|
||||
const scalar T = c[nSpecie_];
|
||||
const scalar p = c[nSpecie_ + 1];
|
||||
|
||||
scalarField c2(nSpecie_, 0.0);
|
||||
for (label i=0; i<nSpecie_; i++)
|
||||
forAll(c2, i)
|
||||
{
|
||||
c2[i] = max(c[i], 0.0);
|
||||
}
|
||||
@ -335,22 +337,22 @@ void Foam::ODEChemistryModel<CompType, ThermoType>::jacobian
|
||||
{
|
||||
const Reaction<ThermoType>& R = reactions_[ri];
|
||||
|
||||
scalar kf0 = R.kf(T, p, c2);
|
||||
scalar kr0 = R.kr(T, p, c2);
|
||||
const scalar kf0 = R.kf(T, p, c2);
|
||||
const scalar kr0 = R.kr(T, p, c2);
|
||||
|
||||
forAll(R.lhs(), j)
|
||||
{
|
||||
label sj = R.lhs()[j].index;
|
||||
const label sj = R.lhs()[j].index;
|
||||
scalar kf = kf0;
|
||||
forAll(R.lhs(), i)
|
||||
{
|
||||
label si = R.lhs()[i].index;
|
||||
scalar el = R.lhs()[i].exponent;
|
||||
const label si = R.lhs()[i].index;
|
||||
const scalar el = R.lhs()[i].exponent;
|
||||
if (i == j)
|
||||
{
|
||||
if (el < 1.0)
|
||||
{
|
||||
if (c2[si]>SMALL)
|
||||
if (c2[si] > SMALL)
|
||||
{
|
||||
kf *= el*pow(c2[si] + VSMALL, el - 1.0);
|
||||
}
|
||||
@ -372,31 +374,31 @@ void Foam::ODEChemistryModel<CompType, ThermoType>::jacobian
|
||||
|
||||
forAll(R.lhs(), i)
|
||||
{
|
||||
label si = R.lhs()[i].index;
|
||||
scalar sl = R.lhs()[i].stoichCoeff;
|
||||
const label si = R.lhs()[i].index;
|
||||
const scalar sl = R.lhs()[i].stoichCoeff;
|
||||
dfdc[si][sj] -= sl*kf;
|
||||
}
|
||||
forAll(R.rhs(), i)
|
||||
{
|
||||
label si = R.rhs()[i].index;
|
||||
scalar sr = R.rhs()[i].stoichCoeff;
|
||||
const label si = R.rhs()[i].index;
|
||||
const scalar sr = R.rhs()[i].stoichCoeff;
|
||||
dfdc[si][sj] += sr*kf;
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
|
||||
forAll(R.rhs(), j)
|
||||
{
|
||||
label sj = R.rhs()[j].index;
|
||||
const label sj = R.rhs()[j].index;
|
||||
scalar kr = kr0;
|
||||
forAll(R.rhs(), i)
|
||||
{
|
||||
label si = R.rhs()[i].index;
|
||||
scalar er = R.rhs()[i].exponent;
|
||||
if (i==j)
|
||||
const label si = R.rhs()[i].index;
|
||||
const scalar er = R.rhs()[i].exponent;
|
||||
if (i == j)
|
||||
{
|
||||
if (er<1.0)
|
||||
if (er < 1.0)
|
||||
{
|
||||
if (c2[si]>SMALL)
|
||||
if (c2[si] > SMALL)
|
||||
{
|
||||
kr *= er*pow(c2[si] + VSMALL, er - 1.0);
|
||||
}
|
||||
@ -418,25 +420,25 @@ void Foam::ODEChemistryModel<CompType, ThermoType>::jacobian
|
||||
|
||||
forAll(R.lhs(), i)
|
||||
{
|
||||
label si = R.lhs()[i].index;
|
||||
scalar sl = R.lhs()[i].stoichCoeff;
|
||||
const label si = R.lhs()[i].index;
|
||||
const scalar sl = R.lhs()[i].stoichCoeff;
|
||||
dfdc[si][sj] += sl*kr;
|
||||
}
|
||||
forAll(R.rhs(), i)
|
||||
{
|
||||
label si = R.rhs()[i].index;
|
||||
scalar sr = R.rhs()[i].stoichCoeff;
|
||||
const label si = R.rhs()[i].index;
|
||||
const scalar sr = R.rhs()[i].stoichCoeff;
|
||||
dfdc[si][sj] -= sr*kr;
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
|
||||
// calculate the dcdT elements numerically
|
||||
scalar delta = 1.0e-8;
|
||||
scalarField dcdT0 = omega(c2, T - delta, p);
|
||||
scalarField dcdT1 = omega(c2, T + delta, p);
|
||||
const scalar delta = 1.0e-8;
|
||||
const scalarField dcdT0 = omega(c2, T - delta, p);
|
||||
const scalarField dcdT1 = omega(c2, T + delta, p);
|
||||
|
||||
for (label i=0; i<nEqns(); i++)
|
||||
for (label i = 0; i < nEqns(); i++)
|
||||
{
|
||||
dfdc[i][nSpecie()] = 0.5*(dcdT1[i] - dcdT0[i])/delta;
|
||||
}
|
||||
@ -485,7 +487,7 @@ Foam::ODEChemistryModel<CompType, ThermoType>::tc() const
|
||||
|
||||
scalarField& tc = ttc();
|
||||
|
||||
label nReaction = reactions_.size();
|
||||
const label nReaction = reactions_.size();
|
||||
|
||||
if (this->chemistry_)
|
||||
{
|
||||
@ -626,34 +628,31 @@ void Foam::ODEChemistryModel<CompType, ThermoType>::calculate()
|
||||
this->thermo().rho()
|
||||
);
|
||||
|
||||
if (this->mesh().changing())
|
||||
{
|
||||
for (label i=0; i<nSpecie_; i++)
|
||||
{
|
||||
RR_[i].setSize(rho.size());
|
||||
RR_[i] = 0.0;
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
|
||||
if (this->chemistry_)
|
||||
{
|
||||
forAll(rho, celli)
|
||||
{
|
||||
const scalar rhoi = rho[celli];
|
||||
const scalar Ti = this->thermo().T()[celli];
|
||||
const scalar pi = this->thermo().p()[celli];
|
||||
|
||||
scalarField c(nSpecie_, 0.0);
|
||||
for (label i=0; i<nSpecie_; i++)
|
||||
{
|
||||
RR_[i][celli] = 0.0;
|
||||
}
|
||||
|
||||
scalar rhoi = rho[celli];
|
||||
scalar Ti = this->thermo().T()[celli];
|
||||
scalar pi = this->thermo().p()[celli];
|
||||
|
||||
scalarField c(nSpecie_);
|
||||
scalarField dcdt(nEqns(), 0.0);
|
||||
|
||||
for (label i=0; i<nSpecie_; i++)
|
||||
{
|
||||
scalar Yi = Y_[i][celli];
|
||||
const scalar Yi = Y_[i][celli];
|
||||
c[i] = rhoi*Yi/specieThermo_[i].W();
|
||||
}
|
||||
|
||||
dcdt = omega(c, Ti, pi);
|
||||
const scalarField dcdt = omega(c, Ti, pi);
|
||||
|
||||
for (label i=0; i<nSpecie_; i++)
|
||||
{
|
||||
@ -671,6 +670,8 @@ Foam::scalar Foam::ODEChemistryModel<CompType, ThermoType>::solve
|
||||
const scalar deltaT
|
||||
)
|
||||
{
|
||||
scalar deltaTMin = GREAT;
|
||||
|
||||
const volScalarField rho
|
||||
(
|
||||
IOobject
|
||||
@ -685,35 +686,33 @@ Foam::scalar Foam::ODEChemistryModel<CompType, ThermoType>::solve
|
||||
this->thermo().rho()
|
||||
);
|
||||
|
||||
for (label i=0; i<nSpecie_; i++)
|
||||
if (this->mesh().changing())
|
||||
{
|
||||
RR_[i].setSize(rho.size());
|
||||
for (label i = 0; i < nSpecie_; i++)
|
||||
{
|
||||
RR_[i].setSize(this->mesh().nCells());
|
||||
RR_[i] = 0.0;
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
|
||||
if (!this->chemistry_)
|
||||
{
|
||||
return GREAT;
|
||||
return deltaTMin;
|
||||
}
|
||||
|
||||
scalar deltaTMin = GREAT;
|
||||
|
||||
tmp<volScalarField> thc = this->thermo().hc();
|
||||
const scalarField& hc = thc();
|
||||
|
||||
forAll(rho, celli)
|
||||
{
|
||||
for (label i=0; i<nSpecie_; i++)
|
||||
{
|
||||
RR_[i][celli] = 0.0;
|
||||
}
|
||||
|
||||
scalar rhoi = rho[celli];
|
||||
const scalar rhoi = rho[celli];
|
||||
const scalar hi = this->thermo().hs()[celli] + hc[celli];
|
||||
const scalar pi = this->thermo().p()[celli];
|
||||
scalar Ti = this->thermo().T()[celli];
|
||||
scalar hi = this->thermo().hs()[celli] + hc[celli];
|
||||
scalar pi = this->thermo().p()[celli];
|
||||
|
||||
scalarField c(nSpecie_);
|
||||
scalarField c0(nSpecie_);
|
||||
scalarField c(nSpecie_, 0.0);
|
||||
scalarField c0(nSpecie_, 0.0);
|
||||
scalarField dc(nSpecie_, 0.0);
|
||||
|
||||
for (label i=0; i<nSpecie_; i++)
|
||||
@ -722,21 +721,20 @@ Foam::scalar Foam::ODEChemistryModel<CompType, ThermoType>::solve
|
||||
}
|
||||
c0 = c;
|
||||
|
||||
// initialise timing parameters
|
||||
scalar t = t0;
|
||||
scalar tauC = this->deltaTChem_[celli];
|
||||
scalar dt = min(deltaT, tauC);
|
||||
scalar timeLeft = deltaT;
|
||||
|
||||
// calculate the chemical source terms
|
||||
scalar cTot = 0.0;
|
||||
|
||||
while (timeLeft > SMALL)
|
||||
{
|
||||
tauC = solver().solve(c, Ti, pi, t, dt);
|
||||
t += dt;
|
||||
|
||||
// update the temperature
|
||||
cTot = sum(c);
|
||||
scalar cTot = sum(c);
|
||||
ThermoType mixture(0.0*specieThermo_[0]);
|
||||
for (label i=0; i<nSpecie_; i++)
|
||||
{
|
||||
@ -746,19 +744,11 @@ Foam::scalar Foam::ODEChemistryModel<CompType, ThermoType>::solve
|
||||
|
||||
timeLeft -= dt;
|
||||
this->deltaTChem_[celli] = tauC;
|
||||
dt = min(timeLeft, tauC);
|
||||
dt = max(dt, SMALL);
|
||||
dt = max(SMALL, min(timeLeft, tauC));
|
||||
}
|
||||
deltaTMin = min(tauC, deltaTMin);
|
||||
|
||||
dc = c - c0;
|
||||
scalar WTot = 0.0;
|
||||
for (label i=0; i<nSpecie_; i++)
|
||||
{
|
||||
WTot += c[i]*specieThermo_[i].W();
|
||||
}
|
||||
WTot /= cTot;
|
||||
|
||||
for (label i=0; i<nSpecie_; i++)
|
||||
{
|
||||
RR_[i][celli] = dc[i]*specieThermo_[i].W()/deltaT;
|
||||
|
||||
@ -141,7 +141,7 @@ public:
|
||||
inline const chemistrySolver<CompType, ThermoType>& solver() const;
|
||||
|
||||
//- dc/dt = omega, rate of change in concentration, for each species
|
||||
virtual scalarField omega
|
||||
virtual tmp<scalarField> omega
|
||||
(
|
||||
const scalarField& c,
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const scalar T,
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