Usando pontos de monitoramento no OpenFOAM

O uso de pontos de monitoramento (PM) é extremamente útil em simulações CFD. Um ponto de monitoramento nada mais é do que um "ponto", com coordenadas (x,y,z), inserido pelo usuário em um local estratégico da geometria para fins de ter o valor de uma variável salva para cada passo de tempo. Em outras palavras, como em simulações CFD não é possível salvar a solução para cada célula da malha e para cada passo de tempo (haveria a necessidade de muito espaço em disco), o uso de pontos de monitoramento é uma opção para se ter o valor de alguma variável (salva em cada passo de tempo) em alguns locais estratégicos da geometria.

Vou descrever aqui como fazer isso no OpenFOAM. A versão de OpenFOAM que estou tomando como base é a OpenFOAM-1.5-dev. Acredito que  funcione da mesma maneira em outras versões, mas quero deixar claro que não testei.

Primeiramente vamos até o arquivo controlDict, localizado dentro do diretório system, pois vamos ter que acrescentar algumas linhas de informação no final desse arquivo. O que deverá ser acrescentado está a seguir:

// ****************************************************************************** //

functions
(

       // O nome que o usuário que dar ao ponto de monitoramento
   pontoMonit1  
   {

              // Especifica que a utilidade probes será a usada
      type probes; 

              // Essa biblioteca deve ser carregada 
      functionObjectLibs ("libsampling.so");  

              // Localizações dos pontos de monitoramento. Modificável em tempo de execução
      probeLocations
      (
         (1 0 0)      // coordenadas do primeiro ponto de monitoramento
         (1.5 0 0) // coordenadas do segundo ponto de monitoramento
      );

              // Campos (variáveis) que serão monitoradas. Modificável em tempo de execução
      fields
      (
         tau  // gera dados para o campo de tensão "tau" (do tipo symmTensorField)
         U        // gera dados para o campo velocidade "U" (do tipo vectorField) 
         p        //   gera dados para o campo  de pressão "p" (do tipo scalarField) 
         ?        // .... outro campo desejado
      );
   }
);

// ****************************************************************************** //

Feito isso, logo que começamos a simulação, um diretório com o nome dado ao ponto de monitoramento (no caso acima pontoMonit1)  é criado dentro do diretório do caso. Dentro deste diretório tem um novo diretório que especifica o tempo inicial daquele ponto de monitoramento, se for começado no tempo 0 (zero), então este diretório terá o nome "0".  Dentro deste último diretório (Ufahh!)  estarão os arquivos contendo os dados dos pontos de monitoramento. O funcionamento dos arquivos é o seguinte: cada novo campo tem seu próprio arquivo com seu nome e os diversos pontos de monitoramento ficam dentro de um mesmo arquivo. 

Os arquivos gerados estão no padrão OpenFOAM de representação tensorial, veja o exemplo ilustrativo abaixo para o caso do vetor velocidade:

# Tempo      ponto de monit. 1           ponto de monit. 2
1.19998e-05 (1.44637e-05 -1.50596e-11 0) (1.44637e-05 -1.91593e-11 0)
2.63988e-05 (3.17809e-05 -1.25082e-11 0) (3.17809e-05 -1.14036e-12 0)
4.36766e-05 (5.2514e-05 9.46453e-12 0) (5.2514e-05 5.30116e-12 0)

Estes dados não estão prontos para o uso direto em softwares como xmgrace ou gnuplot. Para facilitar o tratamento desses dados um shell script foi criado (o Mitre começou  e eu incrementei mais algumas coisas posteriormente).  Este scrip opera sobre os arquivos de probe do OpenFOAM para que seja possível o uso desses dados em editores de gráficos. Além de gerar os arquivos de dados para programas de geração de gráficos, o script permite também, se o usuário pedir,  a criação automática de gráficos usando o xmgrace (estando o software corretamente instalado em sua máquina).  O shell script está disponível para download no link abaixo:

foamProbe

O uso do script segue a notação:

$foamProbe {diretório dos PM} {número de PM} {nome do campo} {opcional: 0 - abre no xmgrace, 1 - salva em arquivo eps}

Note que este arquivo deve ter propriedades de executável e caso voce não coloque ele em um diretório visível ao seu sistema, como o diretorio "bin", por exemplo, você poderá ter que usar: $./foamProbe

Para o caso mostrado aqui tem-se (estando dentro do diretório do caso):

1. Para criar arquivos para 2 pontos de monitoramento para o campo U: 
   $foamProbe pontoMonit1/0/ 2 U
   
2. ou para abrir no  xmgrace:
   $foamProbe pontoMonit1/0/ 2 U 0 
   
3. ou para criar automaticamente .eps: 
   $foamProbe pontoMonit1/0/ 2 U 1 
   

Com isso o diretório probeU será criado dentro de pontoMonit1/0/ contendo os arquivos de dados prontos para serem usados com os programas gráficos preferidos.

Bem, espero que, este post + o script, ajude aos usuários do OpenFOAM na hora de fazerem o pós-processamento.