Branch data Line data Source code
1 : : // *****************************************************************************
2 : : /*!
3 : : \file src/Inciter/ALE.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 Declarations file for distributed ALE mesh motion
9 : : \details Declarations file for asynchronous distributed
10 : : arbitrary Lagrangian-Eulerian (ALE) mesh motion using Charm++.
11 : :
12 : : There are a potentially large number of ALE Charm++ chares.
13 : : Each ALE chare gets a chunk of the full load, due to partiting the mesh.
14 : :
15 : : The implementation uses the Charm++ runtime system and is fully
16 : : asynchronous, overlapping computation and communication. The algorithm
17 : : utilizes the structured dagger (SDAG) Charm++ functionality.
18 : : */
19 : : // *****************************************************************************
20 : : #ifndef ALE_h
21 : : #define ALE_h
22 : :
23 : : #include "ConjugateGradients.hpp"
24 : : #include "Inciter/Options/MeshVelocitySmoother.hpp"
25 : : #include "Options/UserTable.hpp"
26 : : #include "Fields.hpp"
27 : : #include "Table.hpp"
28 : :
29 : : #include "NoWarning/ale.decl.h"
30 : :
31 : : namespace inciter {
32 : :
33 : : //! ALE Charm++ chare array used to perform arbitrary ALE mesh movement
34 : : class ALE : public CBase_ALE {
35 : :
36 : : public:
37 : : #if defined(__clang__)
38 : : #pragma clang diagnostic push
39 : : #pragma clang diagnostic ignored "-Wunused-parameter"
40 : : #pragma clang diagnostic ignored "-Wdeprecated-declarations"
41 : : #elif defined(STRICT_GNUC)
42 : : #pragma GCC diagnostic push
43 : : #pragma GCC diagnostic ignored "-Wunused-parameter"
44 : : #pragma GCC diagnostic ignored "-Wdeprecated-declarations"
45 : : #elif defined(__INTEL_COMPILER)
46 : : #pragma warning( push )
47 : : #pragma warning( disable: 1478 )
48 : : #endif
49 : : // Include Charm++ SDAG code. See http://charm.cs.illinois.edu/manuals/html/
50 : : // charm++/manual.html, Sec. "Structured Control Flow: Structured Dagger".
51 : : ALE_SDAG_CODE
52 : : #if defined(__clang__)
53 : : #pragma clang diagnostic pop
54 : : #elif defined(STRICT_GNUC)
55 : : #pragma GCC diagnostic pop
56 : : #elif defined(__INTEL_COMPILER)
57 : : #pragma warning( pop )
58 : : #endif
59 : :
60 : : //! Constructor
61 : : explicit
62 : : ALE( const tk::CProxy_ConjugateGradients& conjugategradientsproxy,
63 : : const std::array< std::vector< tk::real >, 3 >& coord,
64 : : const std::vector< std::size_t >& inpoel,
65 : : const std::vector< std::size_t >& gid,
66 : : const std::unordered_map< std::size_t, std::size_t >& lid,
67 : : const tk::NodeCommMap& nodecommmap );
68 : :
69 : : #if defined(__clang__)
70 : : #pragma clang diagnostic push
71 : : #pragma clang diagnostic ignored "-Wundefined-func-template"
72 : : #endif
73 : : //! Migrate constructor
74 : : // cppcheck-suppress uninitMemberVar
75 : 102 : explicit ALE( CkMigrateMessage* ) {}
76 : : #if defined(__clang__)
77 : : #pragma clang diagnostic pop
78 : : #endif
79 : :
80 : : //! Solve linear system to smooth ALE mesh velocity
81 : : void solve( CkCallback c );
82 : :
83 : : //! Query the solution of the Conjugrate Gradients linear solver
84 : : bool converged() const;
85 : :
86 : : //! Start computing new mesh velocity for ALE mesh motion
87 : : void start(
88 : : const tk::UnsMesh::Coords vel,
89 : : const std::vector< tk::real >& soundspeed,
90 : : CkCallback done,
91 : : const std::array< std::vector< tk::real >, 3 >& coord,
92 : : const tk::UnsMesh::Coords coordn,
93 : : const std::vector< tk::real >& vol0,
94 : : const std::vector< tk::real >& vol,
95 : : const std::unordered_map< int,
96 : : std::unordered_map< std::size_t, std::array< tk::real, 4 > > >& bnorm,
97 : : std::size_t initial,
98 : : std::size_t it,
99 : : tk::real t,
100 : : tk::real adt );
101 : :
102 : : //! Query the mesh velocity
103 : 2235 : const tk::Fields& meshvel() const { return m_w; }
104 : :
105 : : //! \brief Query mesh velocity boundary conditions node lists and node list
106 : : //! at which ALE moves boundaries
107 : : void meshvelBnd( const std::map< int, std::vector< std::size_t > >& bface,
108 : : const std::map< int, std::vector< std::size_t > >& bnode,
109 : : const std::vector< std::size_t >& triinpoel );
110 : :
111 : : //! Receive contributions to vorticity on chare-boundaries
112 : : void comvort( const std::vector< std::size_t >& gid,
113 : : const std::vector< std::array< tk::real, 3 > >& v );
114 : :
115 : : //! Receive contributions to velocity divergence on chare-boundaries
116 : : void comdiv( const std::vector< std::size_t >& gid,
117 : : const std::vector< tk::real >& v );
118 : :
119 : : //! Receive contributions to scalar potential gradient on chare-boundaries
120 : : void compot( const std::vector< std::size_t >& gid,
121 : : const std::vector< std::array< tk::real, 3 > >& v );
122 : :
123 : : //! Receive contributions to ALE mesh force on chare-boundaries
124 : : void comfor( const std::vector< std::size_t >& gid,
125 : : const std::vector< std::array< tk::real, 3 > >& w );
126 : :
127 : : //! Apply mesh velocity smoother boundary conditions for ALE mesh motion
128 : : void meshvelbc( tk::real maxv = 0.0 );
129 : :
130 : : //! Solve mesh velocity linear solve for ALE mesh motion
131 : : void applied( CkDataMsg* msg = nullptr );
132 : :
133 : : //! Mesh velocity smoother linear solver converged
134 : : void solved( CkDataMsg* msg = nullptr );
135 : :
136 : : //! Compute the gradient of the scalar potential for ALE
137 : : void helmholtz( CkDataMsg* msg = nullptr );
138 : :
139 : : /** @name Pack/unpack (Charm++ serialization) routines */
140 : : ///@{
141 : : //! \brief Pack/Unpack serialize member function
142 : : //! \param[in,out] p Charm++'s PUP::er serializer object reference
143 : 306 : void pup( PUP::er &p ) override {
144 : 306 : p | m_conjugategradients;
145 : 306 : p | m_done;
146 : 306 : p | m_soundspeed;
147 : 306 : p | m_nvort;
148 : 306 : p | m_ndiv;
149 : 306 : p | m_npot;
150 : 306 : p | m_nwf;
151 : 306 : p | m_nodeCommMap;
152 : 306 : p | m_lid;
153 : 306 : p | m_coord0;
154 : 306 : p | m_coord;
155 : 306 : p | m_inpoel;
156 : 306 : p | m_vol0;
157 : 306 : p | m_vol;
158 : 306 : p | m_it;
159 : 306 : p | m_t;
160 : 306 : p | m_adt;
161 : 306 : p | m_w;
162 : 306 : p | m_wf;
163 : 306 : p | m_wfc;
164 : 306 : p | m_veldiv;
165 : 306 : p | m_veldivc;
166 : 306 : p | m_gradpot;
167 : 306 : p | m_gradpotc;
168 : 306 : p | m_vorticity;
169 : 306 : p | m_vorticityc;
170 : 306 : p | m_bnorm;
171 : 306 : p | m_meshveldirbcnodes;
172 : 306 : p | m_meshvelsymbcnodes;
173 : 306 : p | m_move;
174 : 306 : }
175 : : //! \brief Pack/Unpack serialize operator|
176 : : //! \param[in,out] p Charm++'s PUP::er serializer object reference
177 : : //! \param[in,out] a ALE object reference
178 : : friend void operator|( PUP::er& p, ALE& a ) { a.pup(p); }
179 : : ///@}
180 : :
181 : : private:
182 : : //! Distributed conjugrate gradients solver proxy
183 : : tk::CProxy_ConjugateGradients m_conjugategradients;
184 : : //! Function call to continue with when mesh velocity has been computed
185 : : CkCallback m_done;
186 : : //! Speed of sound in mesh nodes
187 : : std::vector< tk::real > m_soundspeed;
188 : : //! Counter for communicating the vorticity for ALE
189 : : std::size_t m_nvort;
190 : : //! Counter for communicating the velocity divergence for ALE
191 : : std::size_t m_ndiv;
192 : : //! Counter for communicating the gradient of the scalar potential for ALE
193 : : std::size_t m_npot;
194 : : //! Counter for communicating the mesh force for ALE
195 : : std::size_t m_nwf;
196 : : //! \brief Global mesh node IDs bordering the mesh chunk held by fellow
197 : : //! Discretization chares associated to their chare IDs
198 : : tk::NodeCommMap m_nodeCommMap;
199 : : //! Local node ids associated to the global ones of owned elements
200 : : std::unordered_map< std::size_t, std::size_t > m_lid;
201 : : //! Mesh coordinates at the time 0 for ALE
202 : : tk::UnsMesh::Coords m_coord0;
203 : : //! Mesh point coordinates
204 : : tk::UnsMesh::Coords m_coord;
205 : : //! Element connectivity
206 : : std::vector< std::size_t > m_inpoel;
207 : : //! Mesh element volumes at t=t0
208 : : std::vector< tk::real > m_vol0;
209 : : //! Volume of nodes
210 : : //! \details This is the volume of the mesh associated to nodes of owned
211 : : //! elements (sum of surrounding cell volumes / 4) with contributions from
212 : : //! other chares on chare-boundaries
213 : : std::vector< tk::real > m_vol;
214 : : //! Iteration count
215 : : std::size_t m_it;
216 : : //! Physics time
217 : : tk::real m_t;
218 : : //! alpha*dt of the Runge-Kutta time step
219 : : tk::real m_adt;
220 : : //! Mesh velocity for ALE mesh motion
221 : : tk::Fields m_w;
222 : : //! Mesh force for ALE mesh motion
223 : : tk::Fields m_wf;
224 : : //! Receive buffer for the mesh force for ALE
225 : : //! \details Key: global node id, value: mesh force in nodes
226 : : std::unordered_map< std::size_t, std::array< tk::real, 3 > > m_wfc;
227 : : //! Fluid velocity divergence for ALE mesh motion
228 : : std::vector< tk::real > m_veldiv;
229 : : //! Receive buffer for communication of the velocity divergence for ALE
230 : : //! \details Key: global node id, value: divergence in nodes
231 : : std::unordered_map< std::size_t, tk::real > m_veldivc;
232 : : //! Gradient of the scalar potentinal for ALE mesh motion
233 : : tk::UnsMesh::Coords m_gradpot;
234 : : //! Receive buffer for the gradient of the scalar potential for ALE
235 : : //! \details Key: global node id, value: scalar potential gradient in nodes
236 : : std::unordered_map< std::size_t, std::array< tk::real, 3 > > m_gradpotc;
237 : : //! Vorticity for ALE
238 : : tk::UnsMesh::Coords m_vorticity;
239 : : //! Receive buffer for communication of the vorticity for ALE
240 : : //! \details Key: global node id, value: vorticity in nodes
241 : : std::unordered_map< std::size_t, std::array< tk::real, 3 > > m_vorticityc;
242 : : //! Face normals in boundary points associated to side sets
243 : : //! \details Key: local node id, value: unit normal and inverse distance
244 : : //! square between face centroids and points, outer key: side set id
245 : : std::unordered_map< int,
246 : : std::unordered_map< std::size_t, std::array< tk::real, 4 > > > m_bnorm;
247 : : //! Unique set of nodes at which ALE mesh velocity Dirichlet BCs are set
248 : : std::unordered_set< std::size_t > m_meshveldirbcnodes;
249 : : //! Unique set of nodes at which ALE mesh velocity symmetry BCs are set
250 : : std::unordered_set< std::size_t > m_meshvelsymbcnodes;
251 : : //! Data structure storing configuration for moving boundaries with ALE
252 : : //! \details Tuple: 0: user-defined function type (i.e., how it should be
253 : : //! interpreted), (1) user-defined function for, and (2) unique set of
254 : : //! boundary nodes for each move ... end input file block (vector).
255 : : std::vector<
256 : : std::tuple< tk::ctr::UserTableType,
257 : : tk::Table<3>,
258 : : std::unordered_set< std::size_t > >
259 : : > m_move;
260 : :
261 : : //! Generate {A,x,b} for Laplacian mesh velocity smoother
262 : : std::tuple< tk::CSR, std::vector< tk::real >, std::vector< tk::real > >
263 : : Laplacian( std::size_t ncomp,
264 : : const std::array< std::vector< tk::real >, 3 >& coord ) const;
265 : :
266 : : //! Initialize user-defined functions for ALE moving sides
267 : : decltype(m_move) moveCfg();
268 : :
269 : : //! Find Dirichlet BCs on mesh velocity with prescribed movement
270 : : bool move( std::size_t i ) const;
271 : :
272 : : //! Finalize computing fluid vorticity and velocity divergence for ALE
273 : : void mergevel();
274 : :
275 : : //! Finalize computing the scalar potential gradient for ALE
276 : : void gradpot();
277 : :
278 : : //! Compute mesh force for the ALE mesh velocity
279 : : void startforce();
280 : :
281 : : //! Apply mesh force
282 : : void meshforce();
283 : : };
284 : :
285 : : } // inciter::
286 : :
287 : : #endif // ALE_h
|
