OpenFOAM blockMesh 圆柱网格及其 paraFoam 绘制面法线

Question

OpenFOAM 部分：

我在 OpenFOAM 中网格化了一个空心圆柱体。在这个模型中，流动是从外筒壁流向内筒壁；右手法则用于网格点如下： 我试图通过 OpenFOAM 编译的 paraFoam 绘制面部法线，但我做不到。可以通过 Glyph 法线绘制边界网格面（位于顶部、底部、内部和外部圆柱壁上），但不能绘制内部网格面。

Q OpenFOAM：是否有任何函数代码或方法可以在 paraFoam 中绘制它们？

Mesh 文件已经导出到 python 里面绘制，如上右图。很明显，这样一来，Start-End 重叠平面上的网格面与其他旋转面法线相比具有相反的方向。

Q OpenFOAM：这些面法线方向会导致错误的结果吗？还是结果仅由右手法则控制？如果需要，是否有任何代码或方法可以更改这些方向？

注意：我已经通过 Gmsh3D 将此网格文件导入 python FiPy，并使用它的 faceNormals 和 cellCenters 通过 matplotlib 绘制面部法线。

FiPy 部分：

由于我需要使用逆时针 faceNormals 方向，我已通过以下代码将顺时针 Start-End 网格面法线方向更改为逆时针方向：

for i in range(self.mesh.numberOfCells):
    for f in self.mesh.cellFaceIDs.data.T[i]:
        if self.mesh.faceCenters().T[f][0] > 0 > self.mesh.faceNormals.T[f][1] and self.mesh.faceCenters().T[f][1] == 0:
            self.mesh.faceNormals.T[f] = np.multiply(np.array([-1, -1, 1]), self.mesh.faceNormals.T[f])

Q FiPy：这些面法线方向变化对FiPy求解结果有影响吗？ 正如我从最近的explanation 中了解到的那样（由于没有足够的声誉仲裁，我无法在那儿问这个问题），FiPy 认为共享面的细胞 faceNormal 方向向外指向其相应的相邻细胞, 和 faceNormal 方向（使用 FiPy mesh.FaceNormals 显示在图片中）本身对解决方案没有影响；这意味着求解器可以根据情况在相反的方向上考虑它。这样对吗？？是否有任何 FiPy 网格模块来创建这样的 O'grid 圆柱型网格系统，其中节点的 x、y 和 z 坐标可用？我已经尝试使用“CylindricalGrid2D”进行径向网格划分，但它只给出节点的 r 和 z 坐标。

Answer 1

关于使用 FiPy 重置 faceNormals 的值。根据网格的类型，这可能是不可能的。例如，Grid2D 样式网格会导致 AttributeError: can't set attribute，因为法线是在需要时计算的，而不是存储在网格对象中。如果可能的话，它很可能会破坏 FiPy。例如，当faceNormals 被随机翻转时，下面给出了非常不同的结果。

from fipy import CellVariable, Grid3D, DiffusionTerm
from fipy.meshes.mesh import Mesh
import numpy as np

grid = Grid3D(nx=3, ny=3, nz=1)

mesh = Mesh(grid.vertexCoords, grid.faceVertexIDs, grid.cellFaceIDs)

var = CellVariable(mesh=mesh)

var.constrain(1, where=mesh.facesLeft)
var.constrain(0, where=mesh.facesRight)

DiffusionTerm().solve(var)
print(var)

var[:] = 0.0

flip = 2 * np.random.randint(2, size=mesh.faceNormals.shape[1]) - 1
mesh.faceNormals[:] = mesh.faceNormals * flip[None]

DiffusionTerm().solve(var)
print(var)

Answer 2

FiPy 认为共享面的 faceNormal 方向向外指向相邻单元格，

不，正如您发布的 link 中所述，FiPy 认为 faceNormal 方向是进入包围面部的两个单元格中的第二个。相邻小区相对于小区。一张脸有两个边界单元；如果面在外部，则两个边界单元相同。

和 faceNormal 方向（使用 FiPy mesh.FaceNormals 显示在图片中）本身对解决方案没有影响；这意味着求解器可以根据情况从相反的方向考虑它。对吗？？

没有。正如@wd15 发布的答案所示，FiPy 在内部使用faceNormal，并希望它遵守我们定义的约定，即它始终指向第二个单元格。

没有什么能阻止您使用faceNormals 初始化FaceVariable，然后在您认为合适的时候覆盖一些值：

my_normals = fp.FaceVariable(mesh=mesh, value=mesh.faceNormals, rank=1)
my_normals.setValue(my_desired_orientation, where=my_backward_faces)

是否有任何 FiPy 网格模块来创建这样的 O'grid 圆柱型网格系统，其中节点的 x、y 和 z 坐标可用？

没有。