新增CFD笔记

CFD/CFD专业名词含义解释.md

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+## CFD
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+CFD是计算流体动力学（Computational Fluid Dynamics）的英文缩写，其利用计算机求解流体流动过程中的质量传递、能量传递、动量传递以及化学反应问题。CFD是一种方法或者工具，解决对象是流体力学问题，利用手段是数值计算。
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+
+
+## CFD应用场合 
+
+只要存在流体流动的场合均可应用CFD。随着计算机技术及计算机计算能力的发展，CFD以及广泛应用于航空航天、造船、汽车、食品、能源、石油化工、生物医学等领域，而且还在不断的向其他行业扩展。
+
+
+
+## CFD如何应用于工程
+
+要将CFD应用于工程，需要做很多的工作，一般来讲，CFD工程应用都可以分为三个阶段：前处理、计算求解以及后处理。
+
+### 前处理
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+**定义流动计算域**：建立流体流动区域。告诉计算机流体流动发生的场合。
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+**计算域离散**：将流动计算区域离散成网格单元，网格实现了将一个大问题化解为多个小问题，将连续的问题化解为离散的问题，将微分方程转化为代数方程
+
+**指定计算控制方程**：告诉计算机所要解决的流体流动遵循的物理规则。
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+**定义边界流动条件**：特定流动问题有特定的流动边界条件。
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+**定义初始时刻流动条件**：告诉计算机，零时刻计算域处于何种状态。
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+**求解参数定义**： 如指定串行或并行计算、计算过程监测、离散算法指定等。
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+**输出参数定义**：定义计算过程中一些计算参数输出。
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+### 计算求解
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+计算求解通常由计算机自动完成，一般不需要人工干预。在前处理指定完毕后，求解器读取所有的求解参数进行自动求解计算，直至求解完成。
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+### 计算后处理
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+通过计算后处理将计算求解得到的数据以直观的方式展示出来，便于解读和工程应用。数据展现的方式包括：
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+**数据表**：每一个网格节点上的物理量数据，通常为压力、速度等原始变量。
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+**曲线图**：反映物理量变化规律
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+**云图**：反映物理量空间分布
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+**矢量图**：反映矢量空间分布
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+**动画**：以动画形式反应物理量随时间变化

CFD/CFD网格类型.md

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+# 网格存储类型
+
+## 结构化网格
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+结构化网格的特性: **已知网格内某个点, 其相邻的点都可以通过这个点的坐标计算得出**
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+- 网格区域内所有的内部点都具有相同的毗邻单元, 二维为四边形, 三维为六面体
+- 在拓扑结构上矩形区域内的均匀网格，其节点定义在每一层的网格线上，且每一层上节点数都相等
+- 可以生成贴体网格, 但复杂外形的贴体网格生产很困难, 例如圆形网格。
+
+![image-20230302201425945](CFD网格类型.assets/image-20230302201425945.png)
+
+
+
+优点：
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+- 在结构化网格中，每一个节点及控制容积的几何信息必须加以存储，但该节点的邻点关系则是可以依据网格编号的规律而自动得出的，因此数据结构简单，不必专门存储这类信息；
+- 网格生成的速度快, 网格生成的质量好；
+- 对曲面或空间的拟合大多数采用参数化或样条插值的方法得到，区域光滑，与实际的模型更容易接近。它可以很容易地实现区域的边界拟合，适于流体和表面应力集中等方面的计算。
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+缺点
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+- 适用的范围比较窄，只适用于形状规则的图形, 画起来复杂
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+## 非结构化网格
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+非结构化网格是指网格区域内的内部点不具有相同的毗邻单元，可以是多种形状，四面体（也就三角的形状），六面体，棱形，也可以是六面体。与网格剖分区域内的不同内点相连的网格数目不同。
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+由点描绘边, 由边描绘面, 由面描述体. 原则上可以是各种图形, 但在描述复杂图形时候也可能存在离散误差, 例如用三角形组成一个多边形去描述一个圆。
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+![image-20230303142158244](CFD网格类型.assets/image-20230303142158244.png)
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+优点
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+非结构画网格没有规则的拓扑结构，也没有层的概念。网格节点的分布是随意的，因此具有灵活性，用于复杂图形的描述
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+缺点：
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+计算时需要较大的内存, 在查找和存储相邻化网格时比较复杂, 除了点迭代以外, 结构化网格的算法基本都不适用。
+
+
+
+## 分块结构化网格
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+将复杂的图形拆分成多个块, 然后在不同的块里面使用结构化网格. 这这种块与块之间的关系就叫做网格的拓扑结构. 
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+- 这种网格也是非结构化网格, 每个块之间的拓扑结构也需要描述
+- 针对类似的图形, 分块情况可以继承, 达到网格可重用
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+优点: 继承了结构化网格的算法, 而且计算速度快
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+缺点: 分块基本都是是手动完成, 比较麻烦.
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CFD/CFD软件体系.md

@@ -0,0 +1,14 @@
+# CFD软件体系
+
+## 简介
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+常见的CFD软件流程体系，计算流体力学、计算传热学理论研究和学习主要是针对前处理和求解器：
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+1. **三维CAD建模**：Solidworks、UG、Catia
+2. **网格生成软件**：ICEM、Hypermesh
+3. **前处理**：设置物理模型（即使用的求解方程，例如湍流还是层流、可压还是不可压）和边界条件（入口与出口）
+4. **求解器**：Fluent、CFX、StarCD、OpenFoam等，根据前处理的条件生成离散代数方程组，迭代求解
+5. **后处理器**：Tecplot等，图形化显示计算结果，计算总参数和平均参数
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+

CFD/CGNS库函数.md

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+# CGNS库函数
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+c语言相关函数返回值基本都是ier（int）错误状态，用之后的错误处理函数处理。
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+## 文件操作
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+
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+### 打开和关闭文件
+
+- `cg_open` - Open a CGNS file
+- `cg_version `- Get CGNS file version
+- `cg_precision` - Get CGNS file precision
+- `cg_close` - Close a CGNS file
+- `cg_is_cgns` - Check for a valid CGNS file
+- `cg_save_as` - Save the open CGNS file
+- `cg_set_file_type` - Set default file type
+- `cg_get_file_type` - Get file type for open CGNS file
+
+#### 函数
+
+```c
+ier = cg_open(char *filename, int mode, int *fn);
+ier = cg_version(int fn, float *version);
+ier = cg_precision(int fn, int *precision);
+ier = cg_close(int fn);
+ier = cg_is_cgns(const char *filename, int *file_type);
+ier = cg_save_as(int fn, const char *filename, int file_type, int follow_links);
+ier = cg_set_file_type(int file_type);
+ier = cg_get_file_type(int fn, int *file_type);
+```
+
+#### 参数说明
+
+| 变量名 | 功能 |
+| ------------ | ------------------------------------------------------------ |
+| filename | CGNS 文件的名称，必要时包括路径名。这个字符变量的长度没有限制。 |
+| mode | 用于打开文件的模式。当前支持的模式是`CG_MODE_READ`（只读）、 `CG_MODE_WRITE`（只写）和`CG_MODE_MODIFY`（读写）。 |
+| fn | CGNS 文件索引号。 |
+| version | CGNS 版本号。 |
+| precision | 指明CGNS 文件的精度。返回值将是 32（32 位）、64（64 位）之一，如果未知则为 0。 |
+| file_type | CGNS 文件的类型。这通常是`CG_FILE_ADF` 或`CG_FILE_HDF5`，具体取决于基础文件格式。但是，当以 32 位构建时，还有一个选项可以通过将文件类型设置为 `CG_FILE_ADF2`来创建2.5版本的CGNS 文件。 |
+| follow_links | 此标志确定在保存 CGNS 文件时链接是否保持不变。如果非零，则链接将被删除，与链接文件相关的数据将复制到新文件。 |
+| ier | 错误码。 |
+
+#### 注意事项
+
+- 函数`cg_open`必须始终是第一个被调用的。它打开一个 CGNS 文件进行读取和/或写入，并返回一个索引号`fn`。索引号用于在后续函数调用中标识 CGNS 文件。可以同时打开多个 CGNS 文件。当前一次打开的文件数限制取决于平台。在 SGI 工作站上，此限制设置为 100（ *stdio.h*中的参数`FOPEN_MAX`）。
+- 对于现有文件，函数`cg_is_cgns`可用于确定文件是否为 CGNS 文件，以及文件类型（`CG_FILE_ADF`或`CG_FILE_HDF5`）。如果文件是 CGNS 文件， 则 `cg_is_cgns`返回`CG_OK`，否则 返回`CG_ERROR`并将`file_type`设置为`CG_FILE_NONE`。
+- 打开文件时，如果未找到`CGNSLibraryVersion_t`节点，则假定 CGNS 版本号的默认值为 1.05。这对应于 CGNS 标准的旧版本，不包括当前标准支持的许多数据结构。
+- 函数`cg_close`必须始终是最后调用的函数。它关闭由索引号`fn`指定的 CGNS 文件并释放保存 CGNS 数据的内存。当打开文件进行写入时，`cg_close`在关闭文件之前将内存中的所有 CGNS 数据写入磁盘。因此，如果省略，则 CGNS 文件不会被正确写入。
+- 为了减少内存占用和提高执行速度，网格坐标或流解等大型数组实际上并不存储在内存中，只保留有关节点的基本信息，而数据的读写直接在应用程序的内存中进行。还尝试对非结构化网格元素数据执行相同的操作。
+- 当使用`CG_MODE_WRITE` 创建新 CGNS 文件时，所使用的默认数据类型在编译时确定。如果 CGNS 库是使用 HDF5 版本 1.8 或更高版本支持构建的，文件类型将为`CG_FILE_HDF5`，否则使用`CG_FILE_ADF`。这可以通过将环境变量 `CGNS_FILETYPE`设置为`adf`、`hdf5`或 `adf2` 之一，或者通过在调用 cg_open 之前调用例程`cg_set_file_type`来更改。 使用参数`CG_FILE_NONE`调用`cg_set_file_type`将重置库以使用默认文件类型。注意：如果设置了环境变量 `CGNS_FILETYPE`，则优先生效。
+- 由`fn` 标识的 CGNS 文件可以使用`cg_save_as`保存为不同的文件名和类型。为了另存为 HDF5 文件，库必须已构建为支持 HDF5。始终构建 ADF 支持。函数`cg_set_file_type`为新创建的 CGNS 文件设置默认文件类型。函数 `cg_get_file_type`返回由`fn`标识的 CGNS 文件的文件类型。如果 CGNS 库构建为 32 位，则附加文件类型`CG_FILE_ADF2`可用。这允许创建一个 2.5 兼容的 CGNS 文件。
+
+
+
+### 配置cgns文件结构
+
+- `**cg_configure**` - Configure CGNS internals
+- `**cg_error_handler**` - Set CGNS error handler
+- `**cg_set_compress**` - Set CGNS compression mode
+- `**cg_get_compress**` - Get CGNS compression mode
+- `**cg_set_path**` - Set the CGNS link search path
+- `**cg_add_path**` - Add to the CGNS link search path
+
+#### 函数
+
+```c
+ier = cg_configure(int option, void *value);
+ier = cg_error_handler(void (*)(int, char *));
+ier = cg_set_compress(int compress);
+ier = cg_get_compress(int *compress);
+ier = cg_set_path(const char *path);
+ier = cg_add_path(const char *path);
+```
+
+#### 参数说明
+
+| 变量名 | 作用 |
+| ---------- | ------------------------------------------------------------ |
+| `option` | The option to configure, currently one of `CG_CONFIG_ERROR`, `CG_CONFIG_COMPRESS`, `CG_CONFIG_SET_PATH`, `CG_CONFIG_ADD_PATH`, `CG_CONFIG_FILE_TYPE`, `CG_CONFIG_RIND_INDEX`, `CG_CONFIG_HDF5_DISKLESS`, `CG_CONFIG_HDF5_DISKLESS_INCR`, `CG_CONFIG_HDF5_DISKLESS_WRITE`, `CG_CONFIG_HDF5_COMPRESS`, or `CG_CONFIG_HDF5_MPI_COMM` as defined in *cgnslib.h*. |
+| `value` | The value to set, type cast as `void *`. In Fortran the type is `TYPE(C_PTR)`. |
+| `compress` | CGNS compress (rewrite) setting. |
+| `path` | Pathname to search for linked to files when opening a file with external links. |
+
+#### 注意事项
+
+- 要使用cg_error_handle，需要先用cg_configure定义遇CG_CONFIG_ERROR，相当于注册回调函数。
+- 函数cg_error_handler如果`flag` 不为零，那么当遇到错误时，库将打印错误消息并以代码 1 退出。将`flag`设置为零（默认值）可以防止这种情况，并将错误返回给用户代码。
+
+
+
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+
+## 文件跳转
+
+### Accessing a Node
+
+- `**cg_goto**` - Access a node via label/name, index pairs
+- `**cg_gorel**` - Access a node via relative path
+- `**cg_gopath**` - Access a node via pathname
+- `**cg_golist**` - Access a node via arrays of labels and indices
+- `**cg_where**` - Get path to current node
+
+### Deleting a Node
+
+- `**cg_delete_node**` - Delete a node
+
+
+
+## 错误处理
+
+```c
+//获取错误信息
+error_message = const char *cg_get_error();
+
+//错误退出（一般不用）
+void cg_error_exit(); 
+
+//直接打印错误信息
+void cg_error_print(); 
+```
+
+
+
+## Node结构
+
+### CGNS Base Information
+
+- `cg_base_write` - Create and/or write to a CGNS base node
+- `cg_nbases` - Get number of CGNS base nodes in file
+- `cg_base_read` - Read CGNS base information
+- `cg_cell_dim` - Get the cell dimension for the CGNS base
+
+#### 函数
+
+```c
+ier = cg_base_write(int fn, char *basename, int cell_dim, int phys_dim, int *B);
+ier = cg_nbases(int fn, int *nbases);
+ier = cg_base_read(int fn, int B, char *basename, int *cell_dim,int *phys_dim);
+ier = cg_cell_dim(int fn, int B, int *cell_dim);
+```
+
+#### 参数说明
+
+| 变量名 | 功能 |
+| ---------- | ------------------------------------------------------------ |
+| `fn` | CGNS file index number. |
+| `B` | Base index number, where 1 ≤ `B` ≤ `nbases`. |
+| `nbases` | Number of bases present in the CGNS file `fn`. |
+| `basename` | Name of the base. |
+| `cell_dim` | Dimension of the cells; 3 for volume cells, 2 for surface cells and 1 for line cells. |
+| `phys_dim` | Number of coordinates required to define a vector in the field. |
+
+### Zone Information
+
+- `cg_zone_write` - Create and/or write to a zone node
+- `cg_nzones` - Get number of zones in base
+- `cg_zone_read` - Read zone information
+- `cg_zone_type` - Get type of zone (structured or unstructured)aa·`cg_index_dim` - Get the index dimension for the CGNS zone
+
+#### 函数
+
+```c
+ier = cg_zone_write(int fn, int B, char *zonename, cgsize_t *size,ZoneType_t zonetype, int *Z);
+ier = cg_nzones(int fn, int B, int *nzones);
+ier = cg_zone_read(int fn, int B, int Z, char *zonename, cgsize_t *size);
+ier = cg_zone_type(int fn, int B, int Z, ZoneType_t *zonetype);
+ier = cg_index_dim(int fn, int B, int Z, int *index_dim);
+```
+
+#### 参数说明
+
+| 变量名 | 功能 |
+| -------- | ------------------------------------------------------------ |
+| fn | CGNS 文件索引号。 |
+| B | 基本索引号，其中 1 ≤ `B` ≤ `nbases`。 |
+| Z | 区域索引号，其中 1 ≤ `Z` ≤ `nzones`。 |
+| nzones | base`B`中存在的区域数。 |
+| zonename | 区域的名称。 |
+| size | 每个 索引--维度 中的顶点、单元格和边界顶点的数量。对于结构化网格，维度在数组中具有单位跨度（例如`[NVertexI, NVertexJ, NVertexK, NCellI, NCellJ, NCellK, NBoundVertexI, NBoundVertexJ, NBoundVertexK]`）。 |
+
+* 请注意，对于非结构化网格，单元格的数量是最高阶元素的数量。因此，在三个维度中，它是 3-D 单元的数量，在二维中，它是 2-D 单元的数量。同样对于非结构化网格，如果节点在内部节点和边界节点之间排序，则可选参数 `NBoundVertex`必须设置为等于边界节点的数量。默认情况下，`NBoundVertex`等于零，这意味着节点未排序。`请注意， NBoundVertex` 的非零值仅适用于非结构化网格。对于结构化网格，`NBoundVertex`参数在所有方向上始终等于 0。
+
+### Simulation Type
+
+- `**cg_simulation_type_write**` - Write simulation type
+- `**cg_simulation_type_read**` - Read simulation type
+
+
+
+## 网格操作
+
+
+
+### zone网格坐标
+
+- `cg_grid_write` - Create a `GridCoordinates_t` node
+- `cg_ngrids` - Get number of `GridCoordinates_t` nodes
+- `cg_grid_read` - Get name of a `GridCoordinates_t` node
+- `cg_grid_bounding_box_read` - Get bounding box associated to a `GridCoordinates_t` node
+- `cg_grid_bounding_box_write` - Write bounding box associated to a `GridCoordinates_t` node
+- `cg_coord_write` - Write grid coordinates
+- `cg_coord_partial_write` - Write subset of grid coordinates
+- `cg_coord_general_write` - Write shaped array to a subset of grid coordinates
+- `cg_ncoords`- Get number of coordinate arrays
+- `cg_coord_info` - Get info about a coordinate array
+- `cg_coord_read` - Read grid coordinates
+- `cg_coord_general_read` - Read subset of grid coordinates to a shaped array
+
+#### 函数
+
+```c
+ier = cg_grid_write(int fn, int B, int Z, char *GridCoordName, int *G);
+ier = cg_ngrids(int fn, int B, int Z, int *ngrids);
+ier = cg_grid_read(int fn, int B, int Z, int G, char *GridCoordName);
+ier = cg_grid_bounding_box_write(int fn, int B, int Z, int G, DataType_t datatype, void *bbox_array);
+ier = cg_grid_bounding_box_read(int fn, int B, int Z, int G, DataType_t datatype, void *bbox_array);
+```
+
+#### 参数说明
+
+| 变量名 | 功能 |
+| ------------------ | ------------------------------------------------------------ |
+| fn | CGNS文件索引号 |
+| B | 基本索引号，其中 1 ≤ `B` ≤ `nbases`。 |
+| Z | 区域索引号，其中 1 ≤ `Z` ≤ `nzones`。 |
+| `G` | 网格索引号，其中 1 ≤ `G` ≤ `ngrids`。 |
+| ngrids | 区域`Z`的`GridCoordinates_t`节点数。 |
+| GridCoordinateName | `GridCoordinates_t`节点的名称。请注意，名称“ `GridCoordinates` ”是为原始网格保留的，并且必须是要定义的第一个`GridCoordinates_t` 节点。 |
+| datatype | 写入文件或读取的边界框数组的数据类型。坐标边界框可接受的数据类型是`RealSingle` 和`RealDouble`。 |
+| `bbox_array` | 具有边界框值的数据数组。 |