Branch data Line data Source code
1 : : // *****************************************************************************
2 : : /*!
3 : : \file src/PDE/EoS/ThermallyPerfectGas.hpp
4 : : \copyright 2012-2015 J. Bakosi,
5 : : 2016-2018 Los Alamos National Security, LLC.,
6 : : 2019-2021 Triad National Security, LLC.
7 : : All rights reserved. See the LICENSE file for details.
8 : : \brief Thermally perfect gas equation of state
9 : : \details This file declares functions for the thermally perfect gas equation
10 : : of state for the compressible flow equations.
11 : : */
12 : : // *****************************************************************************
13 : : #ifndef ThermallyPerfectGas_h
14 : : #define ThermallyPerfectGas_h
15 : :
16 : : #include "Data.hpp"
17 : :
18 : : namespace inciter {
19 : :
20 : : class ThermallyPerfectGas {
21 : :
22 : : private:
23 : : tk::real m_gamma;
24 : : tk::real m_R;
25 : : std::vector< std::vector< tk::real > > m_cp_coeff{3, std::vector< tk::real >(8)};
26 : : std::vector< tk::real > m_t_range{std::vector< tk::real >(4)};
27 : : tk::real m_dH_ref;
28 : :
29 : 11614657 : std::size_t get_t_range(tk::real temp) const
30 : : // *************************************************************************
31 : : //! Check what temperature range, if any, the given temperature is in
32 : : //! \param[in] temp Given temperature to be checked for range
33 : : //! \return Index of temperature range the given temperature is in
34 : : // *************************************************************************
35 : : {
36 : 11614657 : tk::real fdg = 0.1; // Fudge factor to accomodate numerical overshoot
37 [ + - ][ - + ]: 11614657 : if (temp < m_t_range[0] * (1 - fdg) || temp > m_t_range.back() * (1 + fdg)) {
[ - + ]
38 [ - - ][ - - ]: 0 : Throw("ThermallyPerfectGas totalenergy temperature outside t_range bounds: "
[ - - ][ - - ]
39 : : + std::to_string(temp));
40 : : }
41 : :
42 : 11614657 : std::size_t t_rng_idx(0);
43 [ + - ]: 17790610 : for (std::size_t k = 0; k < m_t_range.size() - 1; k++) {
44 : : // Apply fudge factor to max/min bounds
45 : 17790610 : tk::real fdgl = 1., fdgu = 1.;
46 [ + + ]: 17790610 : if (k == 0) {
47 : 11614657 : fdgl = 1 - fdg;
48 [ - + ]: 6175953 : } else if (k == m_t_range.size() - 2) {
49 : 0 : fdgu = 1 + fdg;
50 : : }
51 [ + - ][ + + ]: 17790610 : if (temp >= m_t_range[k] * fdgl && temp < m_t_range[k+1] * fdgu) {
[ + + ]
52 : 11614657 : t_rng_idx = k;
53 : 11614657 : break;
54 : : }
55 : : }
56 : 11614657 : return t_rng_idx;
57 : : }
58 : :
59 : :
60 : : public:
61 : : //! Default constructor
62 : : ThermallyPerfectGas() = default;
63 : :
64 : : //! Constructor
65 : : ThermallyPerfectGas(
66 : : tk::real gamma,
67 : : tk::real R,
68 : : std::vector< std::vector< tk::real > > cp_coeff,
69 : : std::vector< tk::real > t_range,
70 : : tk::real dH_ref);
71 : :
72 : : //! Set rho0 EOS parameter. No-op.
73 : 0 : void setRho0(tk::real) {}
74 : :
75 : : //! Calculate density from the material pressure and temperature
76 : : tk::real density( tk::real pr,
77 : : tk::real temp ) const;
78 : :
79 : : //! Calculate pressure from the material density, momentum and total energy
80 : : tk::real pressure( tk::real rho,
81 : : tk::real u,
82 : : tk::real v,
83 : : tk::real w,
84 : : tk::real rhoE,
85 : : tk::real alpha=1.0,
86 : : std::size_t imat=0,
87 : : const std::array< std::array< tk::real, 3 >, 3 >& defgrad={{}}) const;
88 : :
89 : : //! \brief Calculate the Cauchy stress tensor from the material density,
90 : : //! momentum, and total energy
91 : : std::array< std::array< tk::real, 3 >, 3 >
92 : : CauchyStress(
93 : : tk::real,
94 : : tk::real,
95 : : tk::real,
96 : : tk::real,
97 : : tk::real,
98 : : tk::real,
99 : : std::size_t,
100 : : const std::array< std::array< tk::real, 3 >, 3 >& adefgrad={{}} ) const;
101 : :
102 : : //! Calculate speed of sound from the material density and material pressure
103 : : tk::real soundspeed( tk::real rho,
104 : : tk::real pr,
105 : : tk::real alpha=1.0,
106 : : std::size_t imat=0,
107 : : const std::array< std::array< tk::real, 3 >, 3 >& adefgrad={{}},
108 : : const std::array< tk::real, 3 >& asigman={{}} ) const;
109 : :
110 : : //! Calculate speed of shear waves
111 : : tk::real shearspeed(
112 : : tk::real,
113 : : tk::real,
114 : : std::size_t ) const { return 0.0; }
115 : :
116 : : //! \brief Calculate material specific total energy from the material
117 : : //! density, momentum and material pressure
118 : : tk::real totalenergy( tk::real rho,
119 : : tk::real u,
120 : : tk::real v,
121 : : tk::real w,
122 : : tk::real pr,
123 : : const std::array< std::array< tk::real, 3 >, 3 >& defgrad={{}} ) const;
124 : :
125 : : //! \brief Calculate material temperature from the material density, and
126 : : //! material specific total energy
127 : : tk::real temperature( tk::real rho,
128 : : tk::real u,
129 : : tk::real v,
130 : : tk::real w,
131 : : tk::real rhoE,
132 : : tk::real alpha=1.0,
133 : : const std::array< std::array< tk::real, 3 >, 3 >& defgrad={{}} ) const;
134 : :
135 : : //! Compute the minimum allowed pressure
136 : 0 : tk::real min_eff_pressure(
137 : : tk::real min,
138 : : tk::real,
139 : : tk::real ) const
140 : 0 : { return min; }
141 : :
142 : : //! Compute the reference density
143 : : tk::real refDensity() const { return density(refPressure(), 300.0); }
144 : :
145 : : //! Compute the reference pressure
146 : : tk::real refPressure() const { return 1.0e5; }
147 : :
148 : : //! Return initial density
149 : 0 : tk::real rho0() const { return density(1.0e5, 300.0); }
150 : :
151 : : /** @name Charm++ pack/unpack serializer member functions */
152 : : ///@{
153 : : //! \brief Pack/Unpack serialize member function
154 : : //! \param[in,out] p Charm++'s PUP::er serializer object reference
155 : : void pup( PUP::er &p ) /*override*/ {
156 : : p | m_gamma;
157 : : p | m_R;
158 : : p | m_cp_coeff;
159 : : p | m_t_range;
160 : : p | m_dH_ref;
161 : : }
162 : : //! \brief Pack/Unpack serialize operator|
163 : : //! \param[in,out] p Charm++'s PUP::er serializer object reference
164 : : //! \param[in,out] i ThermallyPerfectGas object reference
165 : : friend void operator|( PUP::er& p, ThermallyPerfectGas& i ) { i.pup(p); }
166 : : //@}
167 : : };
168 : :
169 : : } //inciter::
170 : :
171 : : #endif // ThermallyPerfectGas_h
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