Branch data     Line data    Source code

       1                 :            : // *****************************************************************************
       2                 :            : /*!
       3                 :            :   \file      src/PDE/Riemann/HLLC.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     Harten-Lax-van Leer-Contact (HLLC) Riemann flux function
       9                 :            :   \details   This file implements the Harten-Lax-van Leer-Contact (HLLC) Riemann
      10                 :            :              solver.
      11                 :            : */
      12                 :            : // *****************************************************************************
      13                 :            : #ifndef HLLC_h
      14                 :            : #define HLLC_h
      15                 :            : 
      16                 :            : #include <vector>
      17                 :            : 
      18                 :            : #include "Types.hpp"
      19                 :            : #include "Fields.hpp"
      20                 :            : #include "Tags.hpp"
      21                 :            : #include "FunctionPrototypes.hpp"
      22                 :            : #include "Inciter/Options/Flux.hpp"
      23                 :            : #include "EoS/EoS.hpp"
      24                 :            : 
      25                 :            : namespace inciter {
      26                 :            : 
      27                 :            : //! HLLC approximate Riemann solver
      28                 :            : //! \details This class can be used polymorphically with inciter::RiemannSolver
      29                 :            : struct HLLC {
      30                 :            : 
      31                 :            :   //! HLLC approximate Riemann solver flux function
      32                 :            :   //! \param[in] fn Face/Surface normal
      33                 :            :   //! \param[in] u Left and right unknown/state vector
      34                 :            :   //! \return Riemann solution according to Harten-Lax-van Leer-Contact
      35                 :            :   //! \note The function signature must follow tk::RiemannFluxFn
      36                 :            :   static tk::RiemannFluxFn::result_type
      37                 :   30633342 :   flux( const std::array< tk::real, 3 >& fn,
      38                 :            :         const std::array< std::vector< tk::real >, 2 >& u,
      39                 :            :         const std::vector< std::array< tk::real, 3 > >& = {} )
      40                 :            :   {
      41         [ +  - ]:   30633342 :     std::vector< tk::real > flx( u[0].size(), 0 );
      42                 :            : 
      43                 :            :     // Primitive variables
      44                 :   30633342 :     auto rhol = u[0][0];
      45                 :   30633342 :     auto rhor = u[1][0];
      46                 :            : 
      47                 :   30633342 :     auto ul = u[0][1]/rhol;
      48                 :   30633342 :     auto vl = u[0][2]/rhol;
      49                 :   30633342 :     auto wl = u[0][3]/rhol;
      50                 :            : 
      51                 :   30633342 :     auto ur = u[1][1]/rhor;
      52                 :   30633342 :     auto vr = u[1][2]/rhor;
      53                 :   30633342 :     auto wr = u[1][3]/rhor;
      54                 :            : 
      55         [ +  - ]:   30633342 :     auto pl = eos_pressure< tag::compflow >( 0, rhol, ul, vl, wl, u[0][4] );
      56         [ +  - ]:   30633342 :     auto pr = eos_pressure< tag::compflow >( 0, rhor, ur, vr, wr, u[1][4] );
      57                 :            : 
      58         [ +  - ]:   30633342 :     auto al = eos_soundspeed< tag::compflow >( 0, rhol, pl );
      59         [ +  - ]:   30633342 :     auto ar = eos_soundspeed< tag::compflow >( 0, rhor, pr );
      60                 :            : 
      61                 :            :     // Face-normal velocities
      62                 :   30633342 :     tk::real vnl = ul*fn[0] + vl*fn[1] + wl*fn[2];
      63                 :   30633342 :     tk::real vnr = ur*fn[0] + vr*fn[1] + wr*fn[2];
      64                 :            : 
      65                 :            :     // Roe-averaged variables
      66                 :   30633342 :     auto rlr = sqrt(rhor/rhol);
      67                 :   30633342 :     auto rlr1 = 1.0 + rlr;
      68                 :            : 
      69                 :   30633342 :     auto vnroe = (vnr*rlr + vnl)/rlr1 ;
      70                 :   30633342 :     auto aroe = (ar*rlr + al)/rlr1 ;
      71                 :            : 
      72                 :            :     // Signal velocities
      73                 :   30633342 :     auto Sl = fmin(vnl-al, vnroe-aroe);
      74                 :   30633342 :     auto Sr = fmax(vnr+ar, vnroe+aroe);
      75                 :   30633342 :     auto Sm = ( rhor*vnr*(Sr-vnr) - rhol*vnl*(Sl-vnl) + pl-pr )
      76                 :   30633342 :              /( rhor*(Sr-vnr) - rhol*(Sl-vnl) );
      77                 :            : 
      78                 :            :     // Middle-zone (star) variables
      79                 :   30633342 :     auto pStar = rhol*(vnl-Sl)*(vnl-Sm) + pl;
      80         [ +  - ]:   61266684 :     auto uStar = u;
      81                 :            : 
      82                 :   30633342 :     uStar[0][0] = (Sl-vnl) * rhol/ (Sl-Sm);
      83                 :   30633342 :     uStar[0][1] = ((Sl-vnl) * u[0][1] + (pStar-pl)*fn[0]) / (Sl-Sm);
      84                 :   30633342 :     uStar[0][2] = ((Sl-vnl) * u[0][2] + (pStar-pl)*fn[1]) / (Sl-Sm);
      85                 :   30633342 :     uStar[0][3] = ((Sl-vnl) * u[0][3] + (pStar-pl)*fn[2]) / (Sl-Sm);
      86                 :   30633342 :     uStar[0][4] = ((Sl-vnl) * u[0][4] - pl*vnl + pStar*Sm) / (Sl-Sm);
      87                 :            : 
      88                 :   30633342 :     uStar[1][0] = (Sr-vnr) * rhor/ (Sr-Sm);
      89                 :   30633342 :     uStar[1][1] = ((Sr-vnr) * u[1][1] + (pStar-pr)*fn[0]) / (Sr-Sm);
      90                 :   30633342 :     uStar[1][2] = ((Sr-vnr) * u[1][2] + (pStar-pr)*fn[1]) / (Sr-Sm);
      91                 :   30633342 :     uStar[1][3] = ((Sr-vnr) * u[1][3] + (pStar-pr)*fn[2]) / (Sr-Sm);
      92                 :   30633342 :     uStar[1][4] = ((Sr-vnr) * u[1][4] - pr*vnr + pStar*Sm) / (Sr-Sm);
      93                 :            : 
      94                 :            :     // Numerical fluxes
      95         [ +  + ]:   30633342 :     if (Sl > 0.0) {
      96                 :     215529 :       flx[0] = u[0][0] * vnl;
      97                 :     215529 :       flx[1] = u[0][1] * vnl + pl*fn[0];
      98                 :     215529 :       flx[2] = u[0][2] * vnl + pl*fn[1];
      99                 :     215529 :       flx[3] = u[0][3] * vnl + pl*fn[2];
     100                 :     215529 :       flx[4] = ( u[0][4] + pl ) * vnl;
     101                 :            :     }
     102 [ +  - ][ +  + ]:   30417813 :     else if (Sl <= 0.0 && Sm > 0.0) {
     103                 :   11220200 :       flx[0] = uStar[0][0] * Sm;
     104                 :   11220200 :       flx[1] = uStar[0][1] * Sm + pStar*fn[0];
     105                 :   11220200 :       flx[2] = uStar[0][2] * Sm + pStar*fn[1];
     106                 :   11220200 :       flx[3] = uStar[0][3] * Sm + pStar*fn[2];
     107                 :   11220200 :       flx[4] = ( uStar[0][4] + pStar ) * Sm;
     108                 :            :     }
     109 [ +  - ][ +  + ]:   19197613 :     else if (Sm <= 0.0 && Sr >= 0.0) {
     110                 :   18966923 :       flx[0] = uStar[1][0] * Sm;
     111                 :   18966923 :       flx[1] = uStar[1][1] * Sm + pStar*fn[0];
     112                 :   18966923 :       flx[2] = uStar[1][2] * Sm + pStar*fn[1];
     113                 :   18966923 :       flx[3] = uStar[1][3] * Sm + pStar*fn[2];
     114                 :   18966923 :       flx[4] = ( uStar[1][4] + pStar ) * Sm;
     115                 :            :     }
     116                 :            :     else {
     117                 :     230690 :       flx[0] = u[1][0] * vnr;
     118                 :     230690 :       flx[1] = u[1][1] * vnr + pr*fn[0];
     119                 :     230690 :       flx[2] = u[1][2] * vnr + pr*fn[1];
     120                 :     230690 :       flx[3] = u[1][3] * vnr + pr*fn[2];
     121                 :     230690 :       flx[4] = ( u[1][4] + pr ) * vnr;
     122                 :            :     }
     123                 :            : 
     124                 :   61266684 :     return flx;
     125                 :            :   }
     126                 :            : 
     127                 :            :   //! Flux type accessor
     128                 :            :   //! \return Flux type
     129                 :         80 :   static ctr::FluxType type() noexcept { return ctr::FluxType::HLLC; }
     130                 :            : };
     131                 :            : 
     132                 :            : } // inciter::
     133                 :            : 
     134                 :            : #endif // HLLC_h