OpenFOAM

OpenFOAM
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Basisdaten
Maintainer
Entwickler	OpenCFD Ltd.<ref>OpenCFD Ltd.</ref>, The OpenFOAM Foundation<ref>The OpenFOAM Foundation</ref>
Erscheinungsjahr
Aktuelle Version	()
Aktuelle Vorabversion	()
Betriebssystem	Linux
Programmier­sprache	C++
Kategorie	CFD-Programm
Lizenz	GPL 3 (freie Software)
deutschsprachig	ja
www.openfoam.com www.openfoam.org

OpenFOAM (Open Source Field Operation and Manipulation) ist ein in C++ geschriebenes, numerisches, freies Simulationssoftwarepaket für kontinuumsmechanische Probleme. Das Hauptaugenmerk liegt auf dem Lösen von Strömungsproblemen (Numerische Strömungsmechanik (englisch) CFD).

Programminhalte

Neben vielen vordefinierten Standardlösern für Strömungsmechanik inklusive Mehrphasenströmungen existieren weitere Löser, unter anderem für folgende physikalische Problemstellungen:

• Elektromagnetismus
• Strukturmechanik
• Verbrennung
• Wärmeleitung

Weitere Löser können in der OpenFOAM-eigenen Syntax hinzugefügt werden.

Turbulenz kann mittels RANS, Grobstruktur-Simulation oder direkter numerischer Simulation abgebildet werden.

Um Systeme von partiellen Differentialgleichungen lösen zu können, sind in OpenFOAM folgende Diskretisierungsschemen als C++-Programmbibliothek implementiert:

• Finite-Volumen-Methode (FVM),
• Finite-Elemente-Methode und
• Finite-Flächen-Methode (Finite Area).<ref>About OpenFOAM (Memento vom 2. März 2016 im Internet Archive)</ref>

Das Vorbereiten einer Simulation (Preprocessing) erfolgt in OpenFOAM mithilfe beigelegter Tools auf der Kommandozeile ohne GUI. Es ist aber auch möglich, externe Programme zu benutzen und die erzeugten Netze anschließend in OpenFOAM zu importieren. Das Einstellen der Simulationsparameter erfolgt auch hier über die Kommandozeile.

Die grafische Aufbereitung der Simulationsergebnisse (Postprocessing) geschieht standardmäßig mithilfe der Software ParaView. Alternativ können die Ergebnisse in Formate einiger weit verbreiteter, kommerzieller Visualisierungsprogramme wie etwa Tecplot360 oder FieldView exportiert werden.

OpenFOAM wird in zunehmendem Maße an Universitäten in Lehrveranstaltungen verwendet.<ref>Ingenieur-Tool IV: Computational Fluid Dynamics (CFD) mit OpenFOAM. ETH Zürich – Institut für Fluiddynamik, archiviert vom Vorlage:IconExternal am 12. Januar 2012; abgerufen am 14. Dezember 2010. </ref><ref>Computational Fluid Dynamics with OpenFOAM® – An Introduction with Tutorials for Chemical and Process Engineers. Technische Universität München – Lehrstuhl I für Technische Chemie, abgerufen am 14. Dezember 2010. </ref><ref>Computational Thermo-Fluid Dynamics with Opensource means. Technische Universität München – Lehrstuhl für Thermodynamik, archiviert vom Vorlage:IconExternal am 6. Dezember 2010; abgerufen am 14. Dezember 2010.  </ref><ref>Modellbildung und Simulation von Strömungsvorgängen (2). Universität Stuttgart – Institut für Mechanische Verfahrenstechnik, abgerufen am 14. Dezember 2010. </ref>

Geschichte

Die Entwicklung von FOAM (Field Operation And Manipulation) wurde um 1989 von Henry Weller am Imperial College London in der Forschungsgruppe von Professor A.D. Gosman begonnen. Doktoranden wie Hrvoje Jasak aus der Forschungsgruppe nutzten und erweiterten FOAM im Rahmen ihrer Doktorarbeit<ref>Error Analysis and Estimation for the Finite Volume Method with Applications to Fluid Flows (Doktorarbeit von Hrvoje Jasak am Imperial College London). (PDF) Abgerufen am 10. Mai 2018. </ref>. Weller, Jasak und weitere Mitglieder aus der Forschungsgruppe wie Greenshields und Janssens gründeten 2000 die Firma Nabla Ltd. um FOAM kommerziell anzubieten. 2004 wurde die Firma aufgelöst und die Entwickler Weller (OpenCFD Ltd.) und Jasak (Wikki Ltd.) arbeiteten fortan getrennt an dem nun unter der GNU General Public Licence stehenden "OpenFOAM" weiter.

Am 15. August 2011 wurde die Übernahme der Entwicklerfirma OpenCFD Ltd. durch SGI bekanntgegeben.<ref>SGI Acquires OpenCFD Ltd., the Leader In Open Source Computational Fluid Dynamics (CFD) Software. SGI, archiviert vom Vorlage:IconExternal am 6. Dezember 2012; abgerufen am 16. August 2011. </ref> Zu gleicher Zeit wurde in Delaware, USA das aktienlose Unternehmen bzw. eine Non-Profit-Organisation mit dem Namen OpenFOAM Foundation<ref>The OpenFOAM Foundation: The OpenFOAM® Foundation. Archiviert vom Vorlage:IconExternal am 17. März 2012; abgerufen am 14. März 2012. </ref>, mit den Direktoren Mark Barrenechea (CEO, SGI) und Henry Weller (Begründer von OpenFOAM), gegründet, mit dem Auftrag, die gegenwärtige und zukünftigen Versionen von OpenFOAM unter der GPL zu verbreiten. Etwas mehr als ein Jahr später, am 12. September 2012, wurde bekannt gegeben, dass die ESI Group die Firma OpenCFD Ltd., die OpenFOAM Foundation sowie sämtliche Markenrechte übernimmt.<ref>ESI Group: Acquisition of OpenCFD Ltd., The leader in Open Source software in Computional Fluid Dynamics. Archiviert vom Vorlage:IconExternal (nicht mehr online verfügbar) am 6. Dezember 2012; abgerufen am 12. September 2012. </ref> 2014 verließen Henry Weller und Chris Greenshields OpenCFD Ltd., um die nach UK verschobene OpenFOAM Foundation als Direktoren zu leiten und mit der Firma CFD Direct Schulungen und Softwareentwicklungen für OpenFOAM anzubieten.<ref>CFD Direct: OpenFOAM Computational Fluid Dynamics : CFD Direct. Abgerufen am 23. April 2015. </ref>

Abgeleitete Programme und Projekte

• OpenFOAM (ehm. OpenFOAM+<ref>"OpenFOAM+". Abgerufen am 30. April 2017. </ref>) ist die von ESi weiterentwickelte Variante, welche von der Foundation Version 3.0.x abstammt.
• Das Extend-Project mit seiner von der Entwicklergemeinde<ref>Extend-Project – The Team. The Extend-Project Team Members, archiviert vom Vorlage:IconExternal am 10. März 2012; abgerufen am 23. März 2012. </ref> entwickelten Version „foam-extend-4.0“, welche auf der Version OpenFOAM-1.6 basiert und zusätzliche Funktionen wie „Radial Basis Function“,<ref>Radial Basis Function (OpenFOAM: Year in Review - S. 7); New Features in Upcoming Release:Block matrix implementation with parallelisation support (S. 20); Native Windows Version of OpenFOAM (S. 21). (PDF; 1,6 MB) Archiviert vom Vorlage:IconExternal am 15. März 2013; abgerufen am 23. März 2012. </ref> „General Grid Interface (GGI)“,<ref>General Grid Interface (OpenFOAM: A Year in Review – S. 7/16); Block Matrix Implementation (S. 9/16). (PDF; 1,4 MB) Archiviert vom Vorlage:IconExternal am 26. November 2013; abgerufen am 23. März 2012. </ref> „Finite-Flächen-Methode (Finite Area Method, FAM)“ oder „Block Coupled Matrix Solver“ enthält. Die Entwicklergemeinde um das Extend-Project veranstaltet auch den seit 2006 jährlich stattfindenden „Openfoam Workshop“.<ref>7th OpenFOAM® Workshop. The OpenFOAM® Workshop Committee, abgerufen am 23. März 2012. </ref>
• FreeFOAM<ref>FreeFOAM-Homepage</ref> bietet keine zusätzliche Funktionalität gegenüber OpenFOAM, versucht aber die Portabilität auf andere Betriebssysteme zu erleichtern, indem es CMake statt des OpenFOAM-eigenen „wmake“ (Weller make) verwendet. Die FreeFOAM-Umstellung auf CMake wurde von einem Entwickler des Extend-Projects verwendet, um eine native Portierung auf Microsoft Windows zu bewerkstelligen.<ref>A Year in the Life of OpenFOAM; OpenFOAM on Microsoft Windows (S. 4). (PDF; 2,2 MB) Archiviert vom Vorlage:IconExternal am 22. April 2014; abgerufen am 23. März 2012. </ref> FreeFOAM wird nicht mehr aktiv weiterentwickelt.
• caelus-CML<ref>caelus-Homepage</ref> ist ein OpenFOAM-Fork und bezeichnet sich als "Computational Mechanics Library" um die breiten Einsatzmöglichkeiten im Bereich der CAE anzudeuten. Die native Portabilität auf die Betriebssysteme (Mac, Linux und Windows) wird bei caelus mit SCons<ref>OpenFOAM Announcements from Other Sources Caelus: fork of OpenFOAM. Abgerufen am 10. März 2015. </ref> als Build System bewerkstelligt.
• blueCFD-Core<ref>blueCFD-Core</ref> ist eine mit MinGW crosskompilierte Windowsportierung.

Grafische Benutzerschnittstellen (GUIs) und Werkzeuge für die Arbeit mit OpenFOAM

• BIM HVACTool Ist eine GUI für die Gebäudesimulation mit OpenFOAM des Herstellers TIAN Building Engineering
• SwiftBlock<ref>SwiftBlock project homepage</ref> und SwiftSnap<ref>SwiftSnap project homepage</ref> sind zwei Python-plug-in-Scripte für Blender, die das Erstellen der Konfigurationsdateien `blockMeshDict` und `snappyHexMeshDict` erleichtern.
• HELYX-OS<ref>https://engys.com/products/helyx-os</ref> ist eine grafische Benutzeroberfläche zum Arbeiten mit dem automatischen Vernetzungsprogramm snappyHexMesh.
• MantiumFlow<ref>MantiumFlow</ref> ist eine CLI und GUI für OpenFOAM. Pre- und Post-Processing sind komplett zu Apps automatisiert.
• SimScale<ref>SimScale</ref> ist eine cloud-basierte Simulationssoftware, die OpenFOAM und andere Löser integriert.
• Sim-Flow<ref>Sim-Flow</ref> ist eine GUI für OpenFOAM. Die Variante RapidCFD vom gleichen Hersteller bietet zusätzlich GPU-basierte Gleichungslöser.
• iconCFD<ref>https://iconcfd.com/en/</ref> ist eine weitere kommerzielle Version von OpenFOAM mit einer graphischen Oberfläche.
• visualCFD<ref>ESi VisualCFD</ref> ist eine von ESi vertriebene kommerzielle Benutzeroberfläche für OpenFOAM.
• InsightCAE<ref>Open-Source Entwurfsprogramme - silentdynamics. In: silentdynamics. (silentdynamics.de [abgerufen am 7. Juni 2018]). </ref> ist ein Open-Source-Projekt um Simulationsabläufe für spezielle Anwendungen zu automatisieren und mit einer GUI zu versehen ("vertikale Apps"). Als Backend für CFD-Simulationen wird OpenFOAM verwendet.
• FEATool Multiphysics<ref>Vorlage:Cite book/Name: [ FEATool 1.8 with OpenFOAM MATLAB CFD GUI Integration.] In: featool.com. , archiviert vom Vorlage:IconExternal (nicht mehr online verfügbar) am Vorlage:Cite book/URL; abgerufen am 18. Mai 2018. Vorlage:Cite book/URLVorlage:Cite book/MeldungVorlage:Cite book/Meldung2Vorlage:Cite book/MeldungVorlage:Cite book/MeldungVorlage:Cite book/MeldungVorlage:Cite book/MeldungVorlage:Cite book/Meldung</ref> ist eine in der Octave/MATLAB m-code script language programmierte Anwendung
• CastNet<ref>CastNet_GUI_Environment_for_OpenFOAM. Abgerufen am 18. Mai 2020. </ref> ist eine kommerzielle GUI für OpenFOAM mit direktem CAD-Kernel-Import, integriertem Netzgenerator und snappyHexMesh-Unterstützung. Unterstützt werden die OpenFOAM-Versionen von ESI, von der OpenFOAM Foundation und blueCFD-Core.
• SimWorks<ref>SimWorks. Abgerufen am 4. Oktober 2020 (). </ref> ist eine freie GUI für OpenFOAM. Es gibt auch eine kommerzielle Variante für Unternehmen namens SimWorks Manager<ref>SimWorks Manager. Abgerufen am 4. Oktober 2020 (). </ref>.

Weblinks

• Webpräsenz der OpenFOAM Foundation
• Webpräsenz von OpenCFD
• Webpräsenz von CFD.direct
• Extension-Seite
• Diskussionsgruppen und Mailinglisten (englisch)
• Community-Wiki (englisch)

Einzelnachweise

<references />