Branch data Line data Source code
1 : : // *****************************************************************************
2 : : /*!
3 : : \file src/PDE/MultiSpecies/DGMultiSpecies.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 Compressible multi-species flow using discontinuous Galerkin
9 : : finite elements
10 : : \details This file implements calls to the physics operators governing
11 : : compressible multi-species flow using discontinuous Galerkin discretization.
12 : : */
13 : : // *****************************************************************************
14 : : #ifndef DGMultiSpecies_h
15 : : #define DGMultiSpecies_h
16 : :
17 : : #include <cmath>
18 : : #include <algorithm>
19 : : #include <unordered_set>
20 : : #include <map>
21 : : #include <array>
22 : :
23 : : #include "Macro.hpp"
24 : : #include "Exception.hpp"
25 : : #include "Vector.hpp"
26 : : #include "ContainerUtil.hpp"
27 : : #include "UnsMesh.hpp"
28 : : #include "Inciter/InputDeck/InputDeck.hpp"
29 : : #include "Integrate/Basis.hpp"
30 : : #include "Integrate/Quadrature.hpp"
31 : : #include "Integrate/Initialize.hpp"
32 : : #include "Integrate/Mass.hpp"
33 : : #include "Integrate/Surface.hpp"
34 : : #include "Integrate/Boundary.hpp"
35 : : #include "Integrate/Volume.hpp"
36 : : #include "Integrate/Source.hpp"
37 : : #include "Integrate/SolidTerms.hpp"
38 : : #include "RiemannChoice.hpp"
39 : : #include "MultiSpecies/MultiSpeciesIndexing.hpp"
40 : : #include "Reconstruction.hpp"
41 : : #include "Limiter.hpp"
42 : : #include "Problem/FieldOutput.hpp"
43 : : #include "Problem/BoxInitialization.hpp"
44 : : #include "PrefIndicator.hpp"
45 : : #include "MultiSpecies/BCFunctions.hpp"
46 : : #include "MultiSpecies/MiscMultiSpeciesFns.hpp"
47 : : #include "EoS/GetMatProp.hpp"
48 : : #include "Mixture/Mixture.hpp"
49 : :
50 : : namespace inciter {
51 : :
52 : : extern ctr::InputDeck g_inputdeck;
53 : :
54 : : namespace dg {
55 : :
56 : : //! \brief MultiSpecies used polymorphically with tk::DGPDE
57 : : //! \details The template arguments specify policies and are used to configure
58 : : //! the behavior of the class. The policies are:
59 : : //! - Physics - physics configuration, see PDE/MultiSpecies/Physics.h
60 : : //! - Problem - problem configuration, see PDE/MultiSpecies/Problem.h
61 : : //! \note The default physics is Euler, which is set in
62 : : //! inciter::LuaParser::storeInputDeck()
63 : : template< class Physics, class Problem >
64 : : class MultiSpecies {
65 : :
66 : : private:
67 : : using eq = tag::multispecies;
68 : :
69 : : public:
70 : : //! Constructor
71 : 24 : explicit MultiSpecies() :
72 : : m_physics(),
73 : : m_ncomp( g_inputdeck.get< tag::ncomp >() ),
74 : : m_nprim(nprim()),
75 [ + - ]: 24 : m_riemann( multispeciesRiemannSolver( g_inputdeck.get< tag::flux >() ) )
76 : : {
77 : : // associate boundary condition configurations with state functions
78 [ + - ][ + - ]: 360 : brigand::for_each< ctr::bclist::Keys >( ConfigBC( m_bc,
[ + - ][ + + ]
[ + - ][ + + ]
[ + - ][ - - ]
[ - - ][ - - ]
[ - - ]
79 : : // BC State functions
80 : : { dirichlet
81 : : , symmetry
82 : : , invalidBC // Outlet BC not implemented
83 : : , farfield
84 : : , extrapolate
85 : : , noslipwall
86 : : , symmetry }, // Slip equivalent to symmetry without mesh motion
87 : : // BC Gradient functions
88 : : { noOpGrad
89 : : , symmetryGrad
90 : : , noOpGrad
91 : : , noOpGrad
92 : : , noOpGrad
93 : : , noOpGrad
94 : : , symmetryGrad }
95 : : ) );
96 : :
97 : : // EoS initialization
98 [ + - ]: 24 : initializeSpeciesEoS( m_mat_blk );
99 : 24 : }
100 : :
101 : : //! Find the number of primitive quantities required for this PDE system
102 : : //! \return The number of primitive quantities required to be stored for
103 : : //! this PDE system
104 : : std::size_t nprim() const
105 : : {
106 : : // mixture temperature
107 : : std::size_t np(1);
108 : :
109 : : return np;
110 : : }
111 : :
112 : : //! Find the number of materials set up for this PDE system
113 : : //! \return The number of materials set up for this PDE system
114 : : std::size_t nmat() const { return 1; }
115 : :
116 : : //! Assign number of DOFs per equation in the PDE system
117 : : //! \param[in,out] numEqDof Array storing number of Dofs for each PDE
118 : : //! equation
119 : : void numEquationDofs(std::vector< std::size_t >& numEqDof) const
120 : : {
121 : : // all equation-dofs initialized to ndofs
122 [ + + ]: 572 : for (std::size_t i=0; i<m_ncomp; ++i) {
123 : 484 : numEqDof.push_back(g_inputdeck.get< tag::ndof >());
124 : : }
125 : : }
126 : :
127 : : //! Determine elements that lie inside the user-defined IC box
128 : : //! \param[in] geoElem Element geometry array
129 : : //! \param[in] nielem Number of internal elements
130 : : //! \param[in,out] inbox List of nodes at which box user ICs are set for
131 : : //! each IC box
132 : : void IcBoxElems( const tk::Fields& geoElem,
133 : : std::size_t nielem,
134 : : std::vector< std::unordered_set< std::size_t > >& inbox ) const
135 : : {
136 : 88 : tk::BoxElems< eq >(geoElem, nielem, inbox);
137 : : }
138 : :
139 : : //! Find how many 'stiff equations' in this PDE system
140 : : //! \return number of stiff equations. Zero for now, but will need to change
141 : : //! as chemical non-equilibrium is added
142 : : std::size_t nstiffeq() const
143 : : {
144 : : return 0;
145 : : }
146 : :
147 : : //! Find how many 'non-stiff equations' in this PDE system
148 : : //! \return number of non-stiff equations
149 : : std::size_t nnonstiffeq() const
150 : : {
151 : : return m_ncomp-nstiffeq();
152 : : }
153 : :
154 : : //! Locate the stiff equations.
155 : : //! \param[out] stiffEqIdx list with pointers to stiff equations. Empty
156 : : //! for now but will have to index to chemical non-equilibrium when added
157 : : void setStiffEqIdx( std::vector< std::size_t >& stiffEqIdx ) const
158 : : {
159 : 0 : stiffEqIdx.resize(0);
160 : : }
161 : :
162 : : //! Locate the nonstiff equations.
163 : : //! \param[out] nonStiffEqIdx list with pointers to nonstiff equations
164 : : void setNonStiffEqIdx( std::vector< std::size_t >& nonStiffEqIdx ) const
165 : : {
166 : 0 : nonStiffEqIdx.resize(0);
167 : : }
168 : :
169 : : //! Initialize the compressible flow equations, prepare for time integration
170 : : //! \param[in] L Block diagonal mass matrix
171 : : //! \param[in] inpoel Element-node connectivity
172 : : //! \param[in] coord Array of nodal coordinates
173 : : //! \param[in] inbox List of elements at which box user ICs are set for
174 : : //! each IC box
175 : : //! \param[in] elemblkid Element ids associated with mesh block ids where
176 : : //! user ICs are set
177 : : //! \param[in,out] unk Array of unknowns
178 : : //! \param[in] t Physical time
179 : : //! \param[in] nielem Number of internal elements
180 [ + - ]: 88 : void initialize( const tk::Fields& L,
181 : : const std::vector< std::size_t >& inpoel,
182 : : const tk::UnsMesh::Coords& coord,
183 : : const std::vector< std::unordered_set< std::size_t > >& inbox,
184 : : const std::unordered_map< std::size_t, std::set< std::size_t > >&
185 : : elemblkid,
186 : : tk::Fields& unk,
187 : : tk::real t,
188 : : const std::size_t nielem ) const
189 : : {
190 [ + - ]: 88 : tk::initialize( m_ncomp, m_mat_blk, L, inpoel, coord,
191 : : Problem::initialize, unk, t, nielem );
192 : :
193 : 88 : const auto rdof = g_inputdeck.get< tag::rdof >();
194 : : const auto& ic = g_inputdeck.get< tag::ic >();
195 : : const auto& icbox = ic.get< tag::box >();
196 : : const auto& icmbk = ic.get< tag::meshblock >();
197 : :
198 : : // Set initial conditions inside user-defined IC boxes and mesh blocks
199 : 88 : std::vector< tk::real > s(m_ncomp, 0.0);
200 [ + + ]: 9184 : for (std::size_t e=0; e<nielem; ++e) {
201 : : // inside user-defined box
202 [ + - ]: 9096 : if (!icbox.empty()) {
203 : : std::size_t bcnt = 0;
204 [ + + ]: 18192 : for (const auto& b : icbox) { // for all boxes
205 [ + - ][ + + ]: 18192 : if (inbox.size() > bcnt && inbox[bcnt].find(e) != inbox[bcnt].end())
206 : : {
207 [ + - ][ - - ]: 4548 : std::vector< tk::real > box
208 : : { b.template get< tag::xmin >(), b.template get< tag::xmax >(),
209 : : b.template get< tag::ymin >(), b.template get< tag::ymax >(),
210 : : b.template get< tag::zmin >(), b.template get< tag::zmax >() };
211 : 4548 : auto V_ex = (box[1]-box[0]) * (box[3]-box[2]) * (box[5]-box[4]);
212 [ + + ]: 29562 : for (std::size_t c=0; c<m_ncomp; ++c) {
213 : 25014 : auto mark = c*rdof;
214 : 25014 : s[c] = unk(e,mark);
215 : : // set high-order DOFs to zero
216 [ + + ]: 100056 : for (std::size_t i=1; i<rdof; ++i)
217 : 75042 : unk(e,mark+i) = 0.0;
218 : : }
219 [ + - ]: 4548 : initializeBox<ctr::boxList>( m_mat_blk, V_ex, t, b, s );
220 : : // store box-initialization in solution vector
221 [ + + ]: 29562 : for (std::size_t c=0; c<m_ncomp; ++c) {
222 : 25014 : auto mark = c*rdof;
223 : 25014 : unk(e,mark) = s[c];
224 : : }
225 : : }
226 : 9096 : ++bcnt;
227 : : }
228 : : }
229 : :
230 : : // inside user-specified mesh blocks
231 [ - + ]: 9096 : if (!icmbk.empty()) {
232 [ - - ]: 0 : for (const auto& b : icmbk) { // for all blocks
233 : 0 : auto blid = b.get< tag::blockid >();
234 : 0 : auto V_ex = b.get< tag::volume >();
235 [ - - ]: 0 : if (elemblkid.find(blid) != elemblkid.end()) {
236 : : const auto& elset = tk::cref_find(elemblkid, blid);
237 [ - - ]: 0 : if (elset.find(e) != elset.end()) {
238 [ - - ]: 0 : initializeBox<ctr::meshblockList>( m_mat_blk, V_ex, t, b, s );
239 : : // store initialization in solution vector
240 [ - - ]: 0 : for (std::size_t c=0; c<m_ncomp; ++c) {
241 : 0 : auto mark = c*rdof;
242 : 0 : unk(e,mark) = s[c];
243 : : }
244 : : }
245 : : }
246 : : }
247 : : }
248 : : }
249 : 88 : }
250 : :
251 : : //! Compute density constraint for a given material. No-op
252 : : // //! \param[in] nelem Number of elements
253 : : // //! \param[in] unk Array of unknowns
254 : : //! \param[out] densityConstr Density Constraint: rho/(rho0*det(g))
255 : : void computeDensityConstr( std::size_t /*nelem*/,
256 : : tk::Fields& /*unk*/,
257 : : std::vector< tk::real >& densityConstr) const
258 : : {
259 : 176 : densityConstr.resize(0);
260 : : }
261 : :
262 : : //! Compute the left hand side block-diagonal mass matrix
263 : : //! \param[in] geoElem Element geometry array
264 : : //! \param[in,out] l Block diagonal mass matrix
265 : : void lhs( const tk::Fields& geoElem, tk::Fields& l ) const {
266 : 88 : const auto ndof = g_inputdeck.get< tag::ndof >();
267 : 88 : tk::mass( m_ncomp, ndof, geoElem, l );
268 : : }
269 : :
270 : : //! Update the interface cells to first order dofs. No-op.
271 : : // //! \param[in] unk Array of unknowns
272 : : // //! \param[in] nielem Number of internal elements
273 : : // //! \param[in,out] ndofel Array of dofs
274 : : // //! \param[in,out] interface Vector of interface marker
275 : : void updateInterfaceCells( tk::Fields& /*unk*/,
276 : : std::size_t /*nielem*/,
277 : : std::vector< std::size_t >& /*ndofel*/,
278 : : std::vector< std::size_t >& /*interface*/ ) const {}
279 : :
280 : : //! Update the primitives for this PDE system.
281 : : //! \param[in] unk Array of unknowns
282 : : //! \param[in] L The left hand side block-diagonal mass matrix
283 : : //! \param[in] geoElem Element geometry array
284 : : //! \param[in,out] prim Array of primitives
285 : : //! \param[in] nielem Number of internal elements
286 : : //! \param[in] ndofel Array of dofs
287 : : //! \details This function computes and stores the dofs for primitive
288 : : //! quantities, which are required for obtaining reconstructed states used
289 : : //! in the Riemann solver. See for eg. /PDE/Riemann/AUSMMultiSpecies.hpp,
290 : : //! where temperature is independently reconstructed.
291 : 6688 : void updatePrimitives( const tk::Fields& unk,
292 : : const tk::Fields& L,
293 : : const tk::Fields& geoElem,
294 : : tk::Fields& prim,
295 : : std::size_t nielem,
296 : : const std::vector< std::size_t >& ndofel ) const
297 : : {
298 : 6688 : const auto rdof = g_inputdeck.get< tag::rdof >();
299 : 6688 : const auto ndof = g_inputdeck.get< tag::ndof >();
300 : 6688 : auto nspec = g_inputdeck.get< tag::multispecies, tag::nspec >();
301 : :
302 : : Assert( unk.nunk() == prim.nunk(), "Number of unknowns in solution "
303 : : "vector and primitive vector at recent time step incorrect" );
304 : : Assert( unk.nprop() == rdof*m_ncomp, "Number of components in solution "
305 : : "vector must equal "+ std::to_string(rdof*m_ncomp) );
306 : : Assert( prim.nprop() == rdof*m_nprim, "Number of components in vector of "
307 : : "primitive quantities must equal "+ std::to_string(rdof*m_nprim) );
308 : :
309 [ + + ]: 697984 : for (std::size_t e=0; e<nielem; ++e)
310 : : {
311 : 691296 : std::vector< tk::real > R(m_nprim*ndof, 0.0);
312 : :
313 [ + - ]: 691296 : auto ng = tk::NGvol(ndof);
314 : :
315 : : // arrays for quadrature points
316 : : std::array< std::vector< tk::real >, 3 > coordgp;
317 : : std::vector< tk::real > wgp;
318 : :
319 [ + - ]: 691296 : coordgp[0].resize( ng );
320 [ + - ]: 691296 : coordgp[1].resize( ng );
321 [ + - ]: 691296 : coordgp[2].resize( ng );
322 [ + - ]: 691296 : wgp.resize( ng );
323 : :
324 [ + - ]: 691296 : tk::GaussQuadratureTet( ng, coordgp, wgp );
325 : :
326 : : // Local degree of freedom
327 : 691296 : auto dof_el = ndofel[e];
328 : :
329 : : // Loop over quadrature points in element e
330 [ + + ]: 1382592 : for (std::size_t igp=0; igp<ng; ++igp)
331 : : {
332 : : // Compute the basis function
333 [ + - ]: 691296 : auto B = tk::eval_basis( dof_el, coordgp[0][igp], coordgp[1][igp],
334 : : coordgp[2][igp] );
335 : :
336 [ + - ]: 691296 : auto w = wgp[igp] * geoElem(e, 0);
337 : :
338 [ + - ]: 691296 : auto state = tk::eval_state( m_ncomp, rdof, dof_el, e, unk, B );
339 : :
340 : : // Mixture state at quadrature point
341 [ + - ]: 691296 : Mixture mixgp(nspec, state, m_mat_blk);
342 : :
343 : : // Mixture density at quadrature point
344 : 691296 : tk::real rhob = mixgp.get_mix_density();
345 : :
346 : : // velocity vector at quadrature point
347 : : std::array< tk::real, 3 >
348 [ + - ]: 691296 : vel{ state[multispecies::momentumIdx(nspec, 0)]/rhob,
349 : 691296 : state[multispecies::momentumIdx(nspec, 1)]/rhob,
350 : 691296 : state[multispecies::momentumIdx(nspec, 2)]/rhob };
351 : :
352 [ + - ][ + - ]: 691296 : std::vector< tk::real > pri(m_nprim, 0.0);
[ - - ]
353 : :
354 : : // Evaluate mixture temperature at quadrature point
355 [ + - ]: 691296 : auto rhoE0 = state[multispecies::energyIdx(nspec, 0)];
356 : 691296 : pri[multispecies::temperatureIdx(nspec,0)] =
357 [ + - ]: 691296 : mixgp.temperature(rhob, vel[0], vel[1], vel[2], rhoE0, m_mat_blk);
358 : : // TODO: consider clipping temperature here
359 : :
360 [ + + ]: 1382592 : for(std::size_t k = 0; k < m_nprim; k++)
361 : : {
362 : 691296 : auto mark = k * ndof;
363 [ + + ]: 1382592 : for(std::size_t idof = 0; idof < dof_el; idof++)
364 : 691296 : R[mark+idof] += w * pri[k] * B[idof];
365 : : }
366 : : }
367 : :
368 : : // Update the DG solution of primitive variables
369 [ + + ]: 1382592 : for(std::size_t k = 0; k < m_nprim; k++)
370 : : {
371 : 691296 : auto mark = k * ndof;
372 : 691296 : auto rmark = k * rdof;
373 [ + + ]: 1382592 : for(std::size_t idof = 0; idof < dof_el; idof++)
374 : : {
375 : 691296 : prim(e, rmark+idof) = R[mark+idof] / L(e, mark+idof);
376 : : }
377 : : }
378 : : }
379 : 6688 : }
380 : :
381 : : //! Clean up the state of trace materials for this PDE system. No-op.
382 : : // //! \param[in] t Physical time
383 : : // //! \param[in] geoElem Element geometry array
384 : : // //! \param[in,out] unk Array of unknowns
385 : : // //! \param[in,out] prim Array of primitives
386 : : // //! \param[in] nielem Number of internal elements
387 : : void cleanTraceMaterial( tk::real /*t*/,
388 : : const tk::Fields& /*geoElem*/,
389 : : tk::Fields& /*unk*/,
390 : : tk::Fields& /*prim*/,
391 : : std::size_t /*nielem*/ ) const {}
392 : :
393 : : //! Reconstruct second-order solution from first-order
394 : : //! \param[in] geoElem Element geometry array
395 : : //! \param[in] fd Face connectivity and boundary conditions object
396 : : //! \param[in] esup Elements-surrounding-nodes connectivity
397 : : //! \param[in] inpoel Element-node connectivity
398 : : //! \param[in] coord Array of nodal coordinates
399 : : //! \param[in,out] U Solution vector at recent time step
400 : : //! \param[in,out] P Vector of primitives at recent time step
401 : : //! \param[in] pref Indicator for p-adaptive algorithm
402 : : //! \param[in] ndofel Vector of local number of degrees of freedome
403 : 6600 : void reconstruct( tk::real,
404 : : const tk::Fields&,
405 : : const tk::Fields& geoElem,
406 : : const inciter::FaceData& fd,
407 : : const std::map< std::size_t, std::vector< std::size_t > >&
408 : : esup,
409 : : const std::vector< std::size_t >& inpoel,
410 : : const tk::UnsMesh::Coords& coord,
411 : : tk::Fields& U,
412 : : tk::Fields& P,
413 : : const bool pref,
414 : : const std::vector< std::size_t >& ndofel ) const
415 : : {
416 : 6600 : const auto rdof = g_inputdeck.get< tag::rdof >();
417 : 6600 : const auto ndof = g_inputdeck.get< tag::ndof >();
418 : :
419 : : bool is_p0p1(false);
420 [ + - ]: 6600 : if (rdof == 4 && ndof == 1)
421 : : is_p0p1 = true;
422 : :
423 : 6600 : const auto nelem = fd.Esuel().size()/4;
424 : :
425 : : Assert( U.nprop() == rdof*m_ncomp, "Number of components in solution "
426 : : "vector must equal "+ std::to_string(rdof*m_ncomp) );
427 : : Assert( P.nprop() == rdof*m_nprim, "Number of components in primitive "
428 : : "vector must equal "+ std::to_string(rdof*m_nprim) );
429 : :
430 : : //----- reconstruction of conserved quantities -----
431 : : //--------------------------------------------------
432 : :
433 [ + + ]: 688800 : for (std::size_t e=0; e<nelem; ++e)
434 : : {
435 : : std::vector< std::size_t > vars;
436 : : // check if element is marked as p0p1
437 [ - + ][ - - ]: 682200 : if ( (pref && ndofel[e] == 1) || is_p0p1 ) {
[ + - ]
438 : : // 1. specify how many variables need to be reconstructed
439 [ + + ][ + - ]: 4434300 : for (std::size_t c=0; c<m_ncomp; ++c) vars.push_back(c);
440 : :
441 : : // 2. solve 3x3 least-squares system
442 : : // Reconstruct second-order dofs in Taylor space using nodal-stencils
443 [ + - ]: 682200 : tk::recoLeastSqExtStencil( rdof, e, esup, inpoel, geoElem, U, vars );
444 : :
445 : : // 3. transform reconstructed derivatives to Dubiner dofs
446 [ + - ]: 682200 : tk::transform_P0P1( rdof, e, inpoel, coord, U, vars );
447 : : }
448 : : }
449 : :
450 : : //----- reconstruction of primitive quantities -----
451 : : //--------------------------------------------------
452 : : // For multispecies, conserved and primitive quantities are reconstructed
453 : : // separately.
454 : :
455 [ + + ]: 688800 : for (std::size_t e=0; e<nelem; ++e)
456 : : {
457 : : // There are two conditions that requires the reconstruction of the
458 : : // primitive variables:
459 : : // 1. p-adaptive is triggered and P0P1 scheme is applied to specific
460 : : // elements
461 : : // 2. p-adaptive is not triggered and P0P1 scheme is applied to the
462 : : // whole computation domain
463 [ - + ][ - - ]: 682200 : if ((pref && ndofel[e] == 1) || (!pref && is_p0p1)) {
[ + - ]
464 : : std::vector< std::size_t > vars;
465 [ + + ][ + - ]: 1364400 : for (std::size_t c=0; c<m_nprim; ++c) vars.push_back(c);
466 : :
467 : : // 1.
468 : : // Reconstruct second-order dofs in Taylor space using nodal-stencils
469 [ + - ]: 682200 : tk::recoLeastSqExtStencil( rdof, e, esup, inpoel, geoElem, P, vars );
470 : :
471 : : // 2.
472 [ + - ]: 682200 : tk::transform_P0P1(rdof, e, inpoel, coord, P, vars);
473 : : }
474 : : }
475 : 6600 : }
476 : :
477 : : //! Limit second-order solution, and primitive quantities separately
478 : : // //! \param[in] pref Indicator for p-adaptive algorithm
479 : : //! \param[in] geoFace Face geometry array
480 : : //! \param[in] geoElem Element geometry array
481 : : //! \param[in] fd Face connectivity and boundary conditions object
482 : : //! \param[in] esup Elements-surrounding-nodes connectivity
483 : : //! \param[in] inpoel Element-node connectivity
484 : : //! \param[in] coord Array of nodal coordinates
485 : : //! \param[in] ndofel Vector of local number of degrees of freedome
486 : : // //! \param[in] gid Local->global node id map
487 : : // //! \param[in] bid Local chare-boundary node ids (value) associated to
488 : : // //! global node ids (key)
489 : : // //! \param[in] uNodalExtrm Chare-boundary nodal extrema for conservative
490 : : // //! variables
491 : : // //! \param[in] pNodalExtrm Chare-boundary nodal extrema for primitive
492 : : // //! variables
493 : : // //! \param[in] mtInv Inverse of Taylor mass matrix
494 : : //! \param[in,out] U Solution vector at recent time step
495 : : //! \param[in,out] P Vector of primitives at recent time step
496 : : //! \param[in,out] shockmarker Vector of shock-marker values
497 : 6600 : void limit( [[maybe_unused]] tk::real,
498 : : const bool /*pref*/,
499 : : const tk::Fields& geoFace,
500 : : const tk::Fields& geoElem,
501 : : const inciter::FaceData& fd,
502 : : const std::map< std::size_t, std::vector< std::size_t > >& esup,
503 : : const std::vector< std::size_t >& inpoel,
504 : : const tk::UnsMesh::Coords& coord,
505 : : const std::vector< std::size_t >& ndofel,
506 : : const std::vector< std::size_t >& /*gid*/,
507 : : const std::unordered_map< std::size_t, std::size_t >& /*bid*/,
508 : : const std::vector< std::vector<tk::real> >& /*uNodalExtrm*/,
509 : : const std::vector< std::vector<tk::real> >& /*pNodalExtrm*/,
510 : : const std::vector< std::vector<tk::real> >& /*mtInv*/,
511 : : tk::Fields& U,
512 : : tk::Fields& P,
513 : : std::vector< std::size_t >& shockmarker ) const
514 : : {
515 : 6600 : const auto limiter = g_inputdeck.get< tag::limiter >();
516 : 6600 : auto nspec = g_inputdeck.get< tag::multispecies, tag::nspec >();
517 : 6600 : const auto rdof = g_inputdeck.get< tag::rdof >();
518 : : const auto& solidx = g_inputdeck.get< tag::matidxmap, tag::solidx >();
519 : :
520 : : // limit vectors of conserved and primitive quantities
521 [ + - ]: 6600 : if (limiter == ctr::LimiterType::VERTEXBASEDP1 && rdof == 4)
522 : : {
523 : 6600 : VertexBasedMultiSpecies_P1( esup, inpoel, ndofel, fd.Esuel().size()/4,
524 [ + - ]: 6600 : m_mat_blk, fd, geoFace, geoElem, coord, flux, solidx, U, P, nspec,
525 : : shockmarker );
526 : : }
527 [ - - ]: 0 : else if (limiter == ctr::LimiterType::VERTEXBASEDP1 && rdof == 10)
528 : : {
529 : 0 : VertexBasedMultiSpecies_P2( esup, inpoel, ndofel, fd.Esuel().size()/4,
530 [ - - ]: 0 : m_mat_blk, fd, geoFace, geoElem, coord, flux, solidx, U, P, nspec,
531 : : shockmarker );
532 : : }
533 [ - - ]: 0 : else if (limiter != ctr::LimiterType::NOLIMITER)
534 : : {
535 [ - - ][ - - ]: 0 : Throw("Limiter type not configured for multispecies.");
[ - - ][ - - ]
[ - - ][ - - ]
536 : : }
537 : 6600 : }
538 : :
539 : : //! Apply CPL to the conservative variable solution for this PDE system
540 : : //! \param[in] prim Array of primitive variables
541 : : //! \param[in] geoElem Element geometry array
542 : : //! \param[in] inpoel Element-node connectivity
543 : : //! \param[in] coord Array of nodal coordinates
544 : : //! \param[in,out] unk Array of conservative variables
545 : : //! \param[in] nielem Number of internal elements
546 : : //! \details This function applies CPL to obtain consistent dofs for
547 : : //! conservative quantities based on the limited primitive quantities.
548 : : //! See appendix of paper: Pandare et al. (2023). On the Design of Stable,
549 : : //! Consistent, and Conservative High-Order Methods for Multi-Material
550 : : //! Hydrodynamics. J Comp Phys, 112313.
551 : : void CPL( const tk::Fields& prim,
552 : : const tk::Fields& geoElem,
553 : : const std::vector< std::size_t >& inpoel,
554 : : const tk::UnsMesh::Coords& coord,
555 : : tk::Fields& unk,
556 : : std::size_t nielem ) const
557 : : {
558 : : [[maybe_unused]] const auto rdof = g_inputdeck.get< tag::rdof >();
559 : 6600 : auto nspec = g_inputdeck.get< tag::multispecies, tag::nspec >();
560 : :
561 : : Assert( unk.nunk() == prim.nunk(), "Number of unknowns in solution "
562 : : "vector and primitive vector at recent time step incorrect" );
563 : : Assert( unk.nprop() == rdof*m_ncomp, "Number of components in solution "
564 : : "vector must equal "+ std::to_string(rdof*m_ncomp) );
565 : : Assert( prim.nprop() == rdof*m_nprim, "Number of components in vector of "
566 : : "primitive quantities must equal "+ std::to_string(rdof*m_nprim) );
567 : :
568 : 6600 : correctLimConservMultiSpecies(nielem, m_mat_blk, nspec, inpoel,
569 : : coord, geoElem, prim, unk);
570 : : }
571 : :
572 : : //! Return cell-average deformation gradient tensor. No-op.
573 : : std::array< std::vector< tk::real >, 9 > cellAvgDeformGrad(
574 : : const tk::Fields&,
575 : : std::size_t ) const
576 : : { return {}; }
577 : :
578 : : //! Reset the high order solution for p-adaptive scheme
579 : : //! \param[in] fd Face connectivity and boundary conditions object
580 : : //! \param[in,out] unk Solution vector at recent time step
581 : : //! \param[in,out] prim Primitive vector at recent time step
582 : : //! \param[in] ndofel Vector of local number of degrees of freedome
583 : : //! \details This function reset the high order coefficient for p-adaptive
584 : : //! solution polynomials. Unlike compflow class, the high order of fv
585 : : //! solution will not be reset since p0p1 is the base scheme for
586 : : //! multi-species p-adaptive DG method.
587 : 0 : void resetAdapSol( const inciter::FaceData& fd,
588 : : tk::Fields& unk,
589 : : tk::Fields& prim,
590 : : const std::vector< std::size_t >& ndofel ) const
591 : : {
592 : 0 : const auto rdof = g_inputdeck.get< tag::rdof >();
593 : 0 : const auto ncomp = unk.nprop() / rdof;
594 : 0 : const auto nprim = prim.nprop() / rdof;
595 : :
596 [ - - ]: 0 : for(std::size_t e = 0; e < fd.Esuel().size()/4; e++)
597 : : {
598 [ - - ]: 0 : if(ndofel[e] < 10)
599 : : {
600 [ - - ]: 0 : for (std::size_t c=0; c<ncomp; ++c)
601 : : {
602 : 0 : auto mark = c*rdof;
603 : 0 : unk(e, mark+4) = 0.0;
604 : 0 : unk(e, mark+5) = 0.0;
605 : 0 : unk(e, mark+6) = 0.0;
606 : 0 : unk(e, mark+7) = 0.0;
607 : 0 : unk(e, mark+8) = 0.0;
608 : 0 : unk(e, mark+9) = 0.0;
609 : : }
610 [ - - ]: 0 : for (std::size_t c=0; c<nprim; ++c)
611 : : {
612 : 0 : auto mark = c*rdof;
613 : 0 : prim(e, mark+4) = 0.0;
614 : 0 : prim(e, mark+5) = 0.0;
615 : 0 : prim(e, mark+6) = 0.0;
616 : 0 : prim(e, mark+7) = 0.0;
617 : 0 : prim(e, mark+8) = 0.0;
618 : 0 : prim(e, mark+9) = 0.0;
619 : : }
620 : : }
621 : : }
622 : 0 : }
623 : :
624 : : //! Compute right hand side
625 : : //! \param[in] t Physical time
626 : : //! \param[in] pref Indicator for p-adaptive algorithm
627 : : //! \param[in] geoFace Face geometry array
628 : : //! \param[in] geoElem Element geometry array
629 : : //! \param[in] fd Face connectivity and boundary conditions object
630 : : //! \param[in] inpoel Element-node connectivity
631 : : //! \param[in] coord Array of nodal coordinates
632 : : //! \param[in] U Solution vector at recent time step
633 : : //! \param[in] P Primitive vector at recent time step
634 : : //! \param[in] ndofel Vector of local number of degrees of freedom
635 : : //! \param[in] dt Delta time
636 : : //! \param[in,out] R Right-hand side vector computed
637 : 6600 : void rhs( tk::real t,
638 : : const bool pref,
639 : : const tk::Fields& geoFace,
640 : : const tk::Fields& geoElem,
641 : : const inciter::FaceData& fd,
642 : : const std::vector< std::size_t >& inpoel,
643 : : const std::vector< std::unordered_set< std::size_t > >&,
644 : : const tk::UnsMesh::Coords& coord,
645 : : const tk::Fields& U,
646 : : const tk::Fields& P,
647 : : const std::vector< std::size_t >& ndofel,
648 : : const tk::real dt,
649 : : tk::Fields& R ) const
650 : : {
651 : 6600 : const auto ndof = g_inputdeck.get< tag::ndof >();
652 : 6600 : const auto rdof = g_inputdeck.get< tag::rdof >();
653 : : const auto& solidx = g_inputdeck.get< tag::matidxmap, tag::solidx >();
654 : :
655 : 6600 : const auto nelem = fd.Esuel().size()/4;
656 : :
657 : : Assert( U.nunk() == P.nunk(), "Number of unknowns in solution "
658 : : "vector and primitive vector at recent time step incorrect" );
659 : : Assert( U.nunk() == R.nunk(), "Number of unknowns in solution "
660 : : "vector and right-hand side at recent time step incorrect" );
661 : : Assert( U.nprop() == rdof*m_ncomp, "Number of components in solution "
662 : : "vector must equal "+ std::to_string(rdof*m_ncomp) );
663 : : Assert( P.nprop() == rdof*m_nprim, "Number of components in primitive "
664 : : "vector must equal "+ std::to_string(rdof*m_nprim) );
665 : : Assert( R.nprop() == ndof*m_ncomp, "Number of components in right-hand "
666 : : "side vector must equal "+ std::to_string(ndof*m_ncomp) );
667 : : Assert( fd.Inpofa().size()/3 == fd.Esuf().size()/2,
668 : : "Mismatch in inpofa size" );
669 : :
670 : : // set rhs to zero
671 : : R.fill(0.0);
672 : :
673 : : // empty vector for non-conservative terms. This vector is unused for
674 : : // multi-species flow since, there are no non-conservative terms
675 : : // in the system of PDEs.
676 : 6600 : std::vector< std::vector< tk::real > > riemannDeriv;
677 : :
678 : 6600 : std::vector< std::vector< tk::real > > vriem;
679 : 6600 : std::vector< std::vector< tk::real > > riemannLoc;
680 : :
681 : : // configure a no-op lambda for prescribed velocity
682 : : auto velfn = []( ncomp_t, tk::real, tk::real, tk::real, tk::real ){
683 : : return tk::VelFn::result_type(); };
684 : :
685 : : // compute internal surface flux integrals
686 [ + - ]: 6600 : tk::surfInt( pref, 1, m_mat_blk, t, ndof, rdof, inpoel, solidx,
687 [ + - ]: 6600 : coord, fd, geoFace, geoElem, m_riemann, velfn, U, P, ndofel,
688 : : dt, R, riemannDeriv );
689 : :
690 : : // compute optional source term
691 [ + - ]: 6600 : tk::srcInt( m_mat_blk, t, ndof, fd.Esuel().size()/4, inpoel,
692 : : coord, geoElem, Problem::src, ndofel, R );
693 : :
694 [ - + ]: 6600 : if(ndof > 1)
695 : : // compute volume integrals
696 [ - - ][ - - ]: 0 : tk::volInt( 1, t, m_mat_blk, ndof, rdof, nelem, inpoel, coord, geoElem,
[ - - ]
697 : : flux, velfn, U, P, ndofel, R );
698 : :
699 : : // compute boundary surface flux integrals
700 [ + + ]: 52800 : for (const auto& b : m_bc)
701 [ + - ]: 92400 : tk::bndSurfInt( pref, 1, m_mat_blk, ndof, rdof, std::get<0>(b), fd,
702 : : geoFace, geoElem, inpoel, coord, t, m_riemann, velfn,
703 : : std::get<1>(b), U, P, ndofel, R, riemannDeriv );
704 : :
705 : : // compute external (energy) sources
706 : : //m_physics.physSrc(nspec, t, geoElem, {}, R, {});
707 : 6600 : }
708 : :
709 : : //! Evaluate the adaptive indicator and mark the ndof for each element
710 : : //! \param[in] nunk Number of unknowns
711 : : //! \param[in] coord Array of nodal coordinates
712 : : //! \param[in] inpoel Element-node connectivity
713 : : //! \param[in] fd Face connectivity and boundary conditions object
714 : : //! \param[in] unk Array of unknowns
715 : : // //! \param[in] prim Array of primitive quantities
716 : : //! \param[in] indicator p-refinement indicator type
717 : : //! \param[in] ndof Number of degrees of freedom in the solution
718 : : //! \param[in] ndofmax Max number of degrees of freedom for p-refinement
719 : : //! \param[in] tolref Tolerance for p-refinement
720 : : //! \param[in,out] ndofel Vector of local number of degrees of freedome
721 [ - - ]: 0 : void eval_ndof( std::size_t nunk,
722 : : [[maybe_unused]] const tk::UnsMesh::Coords& coord,
723 : : [[maybe_unused]] const std::vector< std::size_t >& inpoel,
724 : : const inciter::FaceData& fd,
725 : : const tk::Fields& unk,
726 : : const tk::Fields& /*prim*/,
727 : : inciter::ctr::PrefIndicatorType indicator,
728 : : std::size_t ndof,
729 : : std::size_t ndofmax,
730 : : tk::real tolref,
731 : : std::vector< std::size_t >& ndofel ) const
732 : : {
733 : : const auto& esuel = fd.Esuel();
734 : :
735 [ - - ]: 0 : if(indicator == inciter::ctr::PrefIndicatorType::SPECTRAL_DECAY)
736 : 0 : spectral_decay(1, nunk, esuel, unk, ndof, ndofmax, tolref, ndofel);
737 : : else
738 [ - - ][ - - ]: 0 : Throw( "No such adaptive indicator type" );
[ - - ][ - - ]
[ - - ][ - - ]
739 : 0 : }
740 : :
741 : : //! Compute the minimum time step size
742 : : //! \param[in] fd Face connectivity and boundary conditions object
743 : : //! \param[in] geoFace Face geometry array
744 : : //! \param[in] geoElem Element geometry array
745 : : // //! \param[in] ndofel Vector of local number of degrees of freedom
746 : : //! \param[in] U Solution vector at recent time step
747 : : //! \param[in] P Vector of primitive quantities at recent time step
748 : : //! \param[in] nielem Number of internal elements
749 : : //! \return Minimum time step size
750 : : //! \details The allowable dt is calculated by looking at the maximum
751 : : //! wave-speed in elements surrounding each face, times the area of that
752 : : //! face. Once the maximum of this quantity over the mesh is determined,
753 : : //! the volume of each cell is divided by this quantity. A minimum of this
754 : : //! ratio is found over the entire mesh, which gives the allowable dt.
755 : : tk::real dt( const std::array< std::vector< tk::real >, 3 >&,
756 : : const std::vector< std::size_t >&,
757 : : const inciter::FaceData& fd,
758 : : const tk::Fields& geoFace,
759 : : const tk::Fields& geoElem,
760 : : const std::vector< std::size_t >& /*ndofel*/,
761 : : const tk::Fields& U,
762 : : const tk::Fields& P,
763 : : const std::size_t nielem ) const
764 : : {
765 : : const auto ndof = g_inputdeck.get< tag::ndof >();
766 : : auto nspec = g_inputdeck.get< tag::multispecies, tag::nspec >();
767 : :
768 : : auto mindt = timeStepSizeMultiSpecies( m_mat_blk, fd.Esuf(), geoFace,
769 : : geoElem, nielem, nspec, U, P);
770 : :
771 : : //if (viscous)
772 : : // mindt = std::min(mindt, timeStepSizeViscousFV(geoElem, nielem, nspec, U));
773 : : //mindt = std::min(mindt, m_physics.dtRestriction(geoElem, nielem, {}));
774 : :
775 : : tk::real dgp = 0.0;
776 : : if (ndof == 4)
777 : : {
778 : : dgp = 1.0;
779 : : }
780 : : else if (ndof == 10)
781 : : {
782 : : dgp = 2.0;
783 : : }
784 : :
785 : : // Scale smallest dt with CFL coefficient and the CFL is scaled by (2*p+1)
786 : : // where p is the order of the DG polynomial by linear stability theory.
787 : : mindt /= (2.0*dgp + 1.0);
788 : : return mindt;
789 : : }
790 : :
791 : : //! Compute stiff terms for a single element. No-op until chem sources added
792 : : // //! \param[in] e Element number
793 : : // //! \param[in] geoElem Element geometry array
794 : : // //! \param[in] inpoel Element-node connectivity
795 : : // //! \param[in] coord Array of nodal coordinates
796 : : // //! \param[in] U Solution vector at recent time step
797 : : // //! \param[in] P Primitive vector at recent time step
798 : : // //! \param[in] ndofel Vector of local number of degrees of freedom
799 : : // //! \param[in,out] R Right-hand side vector computed
800 : : void stiff_rhs( std::size_t /*e*/,
801 : : const tk::Fields& /*geoElem*/,
802 : : const std::vector< std::size_t >& /*inpoel*/,
803 : : const tk::UnsMesh::Coords& /*coord*/,
804 : : const tk::Fields& /*U*/,
805 : : const tk::Fields& /*P*/,
806 : : const std::vector< std::size_t >& /*ndofel*/,
807 : : tk::Fields& /*R*/ ) const {}
808 : :
809 : : //! Extract the velocity field at cell nodes. Currently unused.
810 : : // //! \param[in] U Solution vector at recent time step
811 : : // //! \param[in] N Element node indices
812 : : //! \return Array of the four values of the velocity field
813 : : std::array< std::array< tk::real, 4 >, 3 >
814 : : velocity( const tk::Fields& /*U*/,
815 : : const std::array< std::vector< tk::real >, 3 >&,
816 : : const std::array< std::size_t, 4 >& /*N*/ ) const
817 : : {
818 : : std::array< std::array< tk::real, 4 >, 3 > v;
819 : : return v;
820 : : }
821 : :
822 : : //! Return a map that associates user-specified strings to functions
823 : : //! \return Map that associates user-specified strings to functions that
824 : : //! compute relevant quantities to be output to file
825 : : std::map< std::string, tk::GetVarFn > OutVarFn() const
826 : 352 : { return MultiSpeciesOutVarFn(); }
827 : :
828 : : //! Return analytic field names to be output to file
829 : : //! \return Vector of strings labelling analytic fields output in file
830 : : std::vector< std::string > analyticFieldNames() const {
831 : 0 : auto nspec = g_inputdeck.get< eq, tag::nspec >();
832 : :
833 : 0 : return MultiSpeciesFieldNames(nspec);
834 : : }
835 : :
836 : : //! Return time history field names to be output to file
837 : : //! \return Vector of strings labelling time history fields output in file
838 : : std::vector< std::string > histNames() const {
839 : 0 : return MultiSpeciesHistNames();
840 : : }
841 : :
842 : : //! Return surface field output going to file
843 : : std::vector< std::vector< tk::real > >
844 : : surfOutput( const std::map< int, std::vector< std::size_t > >&,
845 : : tk::Fields& ) const
846 : : {
847 : : std::vector< std::vector< tk::real > > s; // punt for now
848 : : return s;
849 : : }
850 : :
851 : : //! Return time history field output evaluated at time history points
852 : : //! \param[in] h History point data
853 : : //! \param[in] inpoel Element-node connectivity
854 : : //! \param[in] coord Array of nodal coordinates
855 : : //! \param[in] U Array of unknowns
856 : : //! \param[in] P Array of primitive quantities
857 : : //! \return Vector of time history output of bulk flow quantities (density,
858 : : //! velocity, total energy, and pressure) evaluated at time history points
859 : : std::vector< std::vector< tk::real > >
860 : 0 : histOutput( const std::vector< HistData >& h,
861 : : const std::vector< std::size_t >& inpoel,
862 : : const tk::UnsMesh::Coords& coord,
863 : : const tk::Fields& U,
864 : : const tk::Fields& P ) const
865 : : {
866 : 0 : const auto rdof = g_inputdeck.get< tag::rdof >();
867 : 0 : auto nspec = g_inputdeck.get< tag::multispecies, tag::nspec >();
868 : :
869 : : const auto& x = coord[0];
870 : : const auto& y = coord[1];
871 : : const auto& z = coord[2];
872 : :
873 : 0 : std::vector< std::vector< tk::real > > Up(h.size());
874 : :
875 : : std::size_t j = 0;
876 [ - - ]: 0 : for (const auto& p : h) {
877 : 0 : auto e = p.get< tag::elem >();
878 : 0 : auto chp = p.get< tag::coord >();
879 : :
880 : : // Evaluate inverse Jacobian
881 : 0 : std::array< std::array< tk::real, 3>, 4 > cp{{
882 : : {{ x[inpoel[4*e ]], y[inpoel[4*e ]], z[inpoel[4*e ]] }},
883 : : {{ x[inpoel[4*e+1]], y[inpoel[4*e+1]], z[inpoel[4*e+1]] }},
884 : : {{ x[inpoel[4*e+2]], y[inpoel[4*e+2]], z[inpoel[4*e+2]] }},
885 : : {{ x[inpoel[4*e+3]], y[inpoel[4*e+3]], z[inpoel[4*e+3]] }} }};
886 : 0 : auto J = tk::inverseJacobian( cp[0], cp[1], cp[2], cp[3] );
887 : :
888 : : // evaluate solution at history-point
889 : 0 : std::array< tk::real, 3 > dc{{chp[0]-cp[0][0], chp[1]-cp[0][1],
890 [ - - ]: 0 : chp[2]-cp[0][2]}};
891 [ - - ]: 0 : auto B = tk::eval_basis(rdof, tk::dot(J[0],dc), tk::dot(J[1],dc),
892 : : tk::dot(J[2],dc));
893 [ - - ]: 0 : auto uhp = eval_state(m_ncomp, rdof, rdof, e, U, B);
894 [ - - ]: 0 : auto php = eval_state(m_nprim, rdof, rdof, e, P, B);
895 : :
896 : : // Mixture calculations, initialized
897 [ - - ]: 0 : Mixture mix(nspec, uhp, m_mat_blk);
898 : :
899 : : // store solution in history output vector
900 [ - - ][ - - ]: 0 : Up[j].resize(6+nspec, 0.0);
901 [ - - ]: 0 : Up[j][0] = mix.get_mix_density();
902 [ - - ]: 0 : Up[j][1] = uhp[multispecies::momentumIdx(nspec,0)]/Up[j][0];
903 : 0 : Up[j][2] = uhp[multispecies::momentumIdx(nspec,1)]/Up[j][0];
904 [ - - ]: 0 : Up[j][3] = uhp[multispecies::momentumIdx(nspec,2)]/Up[j][0];
905 : 0 : Up[j][4] = uhp[multispecies::energyIdx(nspec,0)];
906 [ - - ]: 0 : Up[j][5] = mix.pressure( Up[j][0],
907 : : php[multispecies::temperatureIdx(nspec,0)] );
908 [ - - ]: 0 : for (std::size_t k=0; k<nspec; ++k) {
909 : 0 : Up[j][6+k] = uhp[multispecies::densityIdx(nspec,k)]/Up[j][0];
910 : : }
911 [ - - ]: 0 : ++j;
912 : : }
913 : :
914 : 0 : return Up;
915 : : }
916 : :
917 : : //! Return names of integral variables to be output to diagnostics file
918 : : //! \return Vector of strings labelling integral variables output
919 : : std::vector< std::string > names() const
920 : : {
921 : 6 : auto nspec = g_inputdeck.get< tag::multispecies, tag::nspec >();
922 : 6 : return MultiSpeciesDiagNames(nspec);
923 : : }
924 : :
925 : : //! Return analytic solution (if defined by Problem) at xi, yi, zi, t
926 : : //! \param[in] xi X-coordinate at which to evaluate the analytic solution
927 : : //! \param[in] yi Y-coordinate at which to evaluate the analytic solution
928 : : //! \param[in] zi Z-coordinate at which to evaluate the analytic solution
929 : : //! \param[in] t Physical time at which to evaluate the analytic solution
930 : : //! \return Vector of analytic solution at given location and time
931 : : std::vector< tk::real >
932 : : analyticSolution( tk::real xi, tk::real yi, tk::real zi, tk::real t ) const
933 : 0 : { return Problem::analyticSolution( m_ncomp, m_mat_blk, xi, yi, zi, t ); }
934 : :
935 : : //! Return analytic solution for conserved variables
936 : : //! \param[in] xi X-coordinate at which to evaluate the analytic solution
937 : : //! \param[in] yi Y-coordinate at which to evaluate the analytic solution
938 : : //! \param[in] zi Z-coordinate at which to evaluate the analytic solution
939 : : //! \param[in] t Physical time at which to evaluate the analytic solution
940 : : //! \return Vector of analytic solution at given location and time
941 : : std::vector< tk::real >
942 : : solution( tk::real xi, tk::real yi, tk::real zi, tk::real t ) const
943 : 227400 : { return Problem::initialize( m_ncomp, m_mat_blk, xi, yi, zi, t ); }
944 : :
945 : : //! Return cell-averaged specific total energy for an element
946 : : //! \param[in] e Element id for which total energy is required
947 : : //! \param[in] unk Vector of conserved quantities
948 : : //! \return Cell-averaged specific total energy for given element
949 : : tk::real sp_totalenergy(std::size_t e, const tk::Fields& unk) const
950 : : {
951 : 227400 : const auto rdof = g_inputdeck.get< tag::rdof >();
952 : 227400 : auto nspec = g_inputdeck.get< tag::multispecies, tag::nspec >();
953 : :
954 : 227400 : return unk(e, multispecies::energyDofIdx(nspec,0,rdof,0));
955 : : }
956 : :
957 : : private:
958 : : //! Physics policy
959 : : const Physics m_physics;
960 : : //! Number of components in this PDE system
961 : : const ncomp_t m_ncomp;
962 : : //! Number of primitive quantities stored in this PDE system
963 : : const ncomp_t m_nprim;
964 : : //! Riemann solver
965 : : tk::RiemannFluxFn m_riemann;
966 : : //! BC configuration
967 : : BCStateFn m_bc;
968 : : //! EOS material block
969 : : std::vector< EOS > m_mat_blk;
970 : :
971 : : //! Evaluate conservative part of physical flux function for this PDE system
972 : : //! \param[in] ncomp Number of scalar components in this PDE system
973 : : //! \param[in] ugp Numerical solution at the Gauss point at which to
974 : : //! evaluate the flux
975 : : //! \return Flux vectors for all components in this PDE system
976 : : //! \note The function signature must follow tk::FluxFn
977 : : static tk::FluxFn::result_type
978 : 0 : flux( [[maybe_unused]] ncomp_t ncomp,
979 : : const std::vector< EOS >& mat_blk,
980 : : const std::vector< tk::real >& ugp,
981 : : const std::vector< std::array< tk::real, 3 > >& )
982 : : {
983 : 0 : auto nspec = g_inputdeck.get< tag::multispecies, tag::nspec >();
984 : :
985 : 0 : std::vector< std::array< tk::real, 3 > > fl( ugp.size() );
986 : :
987 [ - - ]: 0 : Mixture mix(nspec, ugp, mat_blk);
988 : 0 : auto rhob = mix.get_mix_density();
989 : :
990 [ - - ]: 0 : std::array< tk::real, 3 > u{{
991 [ - - ]: 0 : ugp[multispecies::momentumIdx(nspec,0)] / rhob,
992 : 0 : ugp[multispecies::momentumIdx(nspec,1)] / rhob,
993 : 0 : ugp[multispecies::momentumIdx(nspec,2)] / rhob }};
994 [ - - ]: 0 : auto p = mix.pressure(rhob,
995 : : ugp[ncomp+multispecies::temperatureIdx(nspec,0)]);
996 : :
997 : : // density flux
998 [ - - ]: 0 : for (std::size_t k=0; k<nspec; ++k) {
999 : : auto idx = multispecies::densityIdx(nspec, k);
1000 [ - - ]: 0 : for (std::size_t j=0; j<3; ++j) {
1001 : 0 : fl[idx][j] = ugp[idx] * u[j];
1002 : : }
1003 : : }
1004 : :
1005 : : // momentum flux
1006 [ - - ]: 0 : for (std::size_t i=0; i<3; ++i) {
1007 : : auto idx = multispecies::momentumIdx(nspec,i);
1008 [ - - ]: 0 : for (std::size_t j=0; j<3; ++j) {
1009 [ - - ]: 0 : fl[idx][j] = ugp[idx] * u[j];
1010 [ - - ]: 0 : if (i == j) fl[idx][j] += p;
1011 : : }
1012 : : }
1013 : :
1014 : : // energy flux
1015 : : auto idx = multispecies::energyIdx(nspec,0);
1016 [ - - ]: 0 : for (std::size_t j=0; j<3; ++j) {
1017 : 0 : fl[idx][j] = u[j] * (ugp[idx] + p);
1018 : : }
1019 : :
1020 : 0 : return fl;
1021 : : }
1022 : :
1023 : : //! \brief Boundary state function providing the left and right state of a
1024 : : //! face at Dirichlet boundaries
1025 : : //! \param[in] ncomp Number of scalar components in this PDE system
1026 : : //! \param[in] mat_blk EOS material block
1027 : : //! \param[in] ul Left (domain-internal) state
1028 : : //! \param[in] x X-coordinate at which to compute the states
1029 : : //! \param[in] y Y-coordinate at which to compute the states
1030 : : //! \param[in] z Z-coordinate at which to compute the states
1031 : : //! \param[in] t Physical time
1032 : : //! \return Left and right states for all scalar components in this PDE
1033 : : //! system
1034 : : //! \note The function signature must follow tk::StateFn.
1035 : : static tk::StateFn::result_type
1036 : 2250 : dirichlet( ncomp_t ncomp,
1037 : : const std::vector< EOS >& mat_blk,
1038 : : const std::vector< tk::real >& ul, tk::real x, tk::real y,
1039 : : tk::real z, tk::real t, const std::array< tk::real, 3 >& )
1040 : : {
1041 : 2250 : return {{ ul, Problem::initialize( ncomp, mat_blk, x, y, z, t ) }};
1042 : : }
1043 : :
1044 : : // Other boundary condition types that do not depend on "Problem" should be
1045 : : // added in BCFunctions.hpp
1046 : : };
1047 : :
1048 : : } // dg::
1049 : :
1050 : : } // inciter::
1051 : :
1052 : : #endif // DGMultiSpecies_h
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