Separate discretization and solver. Port Multigrid solver.
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4c0fefe1b5
commit
5a872d0533
@ -21,6 +21,7 @@ VPATH = $(SRC_DIR)
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SRC = $(filter-out $(wildcard $(SRC_DIR)/*-*.c),$(wildcard $(SRC_DIR)/*.c))
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SRC = $(filter-out $(wildcard $(SRC_DIR)/*-*.c),$(wildcard $(SRC_DIR)/*.c))
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ASM = $(patsubst $(SRC_DIR)/%.c, $(BUILD_DIR)/%.s, $(SRC))
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ASM = $(patsubst $(SRC_DIR)/%.c, $(BUILD_DIR)/%.s, $(SRC))
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OBJ = $(patsubst $(SRC_DIR)/%.c, $(BUILD_DIR)/%.o, $(SRC))
|
OBJ = $(patsubst $(SRC_DIR)/%.c, $(BUILD_DIR)/%.o, $(SRC))
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||||||
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OBJ += $(BUILD_DIR)/solver-$(SOLVER).o
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SOURCES = $(SRC) $(wildcard $(SRC_DIR)/*.h)
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SOURCES = $(SRC) $(wildcard $(SRC_DIR)/*.h)
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CPPFLAGS := $(CPPFLAGS) $(DEFINES) $(OPTIONS) $(INCLUDES)
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CPPFLAGS := $(CPPFLAGS) $(DEFINES) $(OPTIONS) $(INCLUDES)
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@ -1,12 +1,12 @@
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# Supported: GCC, CLANG, ICC
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# Supported: GCC, CLANG, ICC
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TAG ?= CLANG
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TAG ?= CLANG
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ENABLE_OPENMP ?= false
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ENABLE_OPENMP ?= false
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# Supported: sor, mg
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SOLVER ?= sor
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# Run in debug settings
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DEBUG ?= false
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#Feature options
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#Feature options
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OPTIONS += -DARRAY_ALIGNMENT=64
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OPTIONS += -DARRAY_ALIGNMENT=64
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#OPTIONS += -DVERBOSE
|
#OPTIONS += -DVERBOSE
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#OPTIONS += -DDEBUG
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#OPTIONS += -DDEBUG
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#OPTIONS += -DBOUNDCHECK
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#OPTIONS += -DVERBOSE_AFFINITY
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#OPTIONS += -DVERBOSE_DATASIZE
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#OPTIONS += -DVERBOSE_TIMER
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@ -36,11 +36,13 @@ te 10.0 # final time
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dt 0.02 # time stepsize
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dt 0.02 # time stepsize
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tau 0.5 # safety factor for time stepsize control (<0 constant delt)
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tau 0.5 # safety factor for time stepsize control (<0 constant delt)
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# Pressure Iteration Data:
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# Solver Data:
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# -----------------------
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# -----------------------
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itermax 1000 # maximal number of pressure iteration in one time step
|
itermax 1000 # maximal number of pressure iteration in one time step
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eps 0.001 # stopping tolerance for pressure iteration
|
eps 0.001 # stopping tolerance for pressure iteration
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||||||
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rho 0.5
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omg 1.7 # relaxation parameter for SOR iteration
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omg 1.7 # relaxation parameter for SOR iteration
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gamma 0.9 # upwind differencing factor gamma
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gamma 0.9 # upwind differencing factor gamma
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levels 5 # Multigrid levels
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#===============================================================================
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#===============================================================================
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@ -2,16 +2,18 @@ CC = clang
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GCC = cc
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GCC = cc
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LINKER = $(CC)
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LINKER = $(CC)
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ifeq ($(ENABLE_OPENMP),true)
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ifeq ($(strip $(ENABLE_OPENMP)),true)
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OPENMP = -fopenmp
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OPENMP = -fopenmp
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#OPENMP = -Xpreprocessor -fopenmp #required on Macos with homebrew libomp
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#OPENMP = -Xpreprocessor -fopenmp #required on Macos with homebrew libomp
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LIBS = # -lomp
|
LIBS = # -lomp
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endif
|
endif
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ifeq ($(strip $(DEBUG)),true)
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CFLAGS = -O0 -g -std=c17
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else
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CFLAGS = -O3 -std=c17 $(OPENMP)
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|
endif
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VERSION = --version
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VERSION = --version
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# CFLAGS = -O3 -std=c17 $(OPENMP)
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CFLAGS = -Ofast -std=c17
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#CFLAGS = -Ofast -fnt-store=aggressive -std=c99 $(OPENMP) #AMD CLANG
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LFLAGS = $(OPENMP) -lm
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LFLAGS = $(OPENMP) -lm
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DEFINES = -D_GNU_SOURCE# -DDEBUG
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DEFINES = -D_GNU_SOURCE
|
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INCLUDES =
|
INCLUDES =
|
||||||
|
435
BasicSolver/2D-seq/src/discretization.c
Normal file
435
BasicSolver/2D-seq/src/discretization.c
Normal file
@ -0,0 +1,435 @@
|
|||||||
|
/*
|
||||||
|
* Copyright (C) NHR@FAU, University Erlangen-Nuremberg.
|
||||||
|
* All rights reserved. This file is part of nusif-solver.
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|
* Use of this source code is governed by a MIT style
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||||||
|
* license that can be found in the LICENSE file.
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|
*/
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#include <float.h>
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#include <math.h>
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#include <stdio.h>
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#include <stdlib.h>
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#include <string.h>
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#include "allocate.h"
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#include "discretization.h"
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#include "parameter.h"
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#include "util.h"
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static void print(Discretization* d, double* grid)
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{
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int imax = d->grid.imax;
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|
for (int j = 0; j < d->grid.jmax + 2; j++) {
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||||||
|
printf("%02d: ", j);
|
||||||
|
for (int i = 0; i < d->grid.imax + 2; i++) {
|
||||||
|
printf("%12.8f ", grid[j * (imax + 2) + i]);
|
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|
}
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printf("\n");
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|
}
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fflush(stdout);
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}
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|
static void printConfig(Discretization* d)
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|
{
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|
printf("Parameters for #%s#\n", d->problem);
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|
printf("Boundary conditions Left:%d Right:%d Bottom:%d Top:%d\n",
|
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|
d->bcLeft,
|
||||||
|
d->bcRight,
|
||||||
|
d->bcBottom,
|
||||||
|
d->bcTop);
|
||||||
|
printf("\tReynolds number: %.2f\n", d->re);
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||||||
|
printf("\tGx Gy: %.2f %.2f\n", d->gx, d->gy);
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||||||
|
printf("Geometry data:\n");
|
||||||
|
printf("\tDomain box size (x, y): %.2f, %.2f\n", d->grid.xlength, d->grid.ylength);
|
||||||
|
printf("\tCells (x, y): %d, %d\n", d->grid.imax, d->grid.jmax);
|
||||||
|
printf("Timestep parameters:\n");
|
||||||
|
printf("\tDefault stepsize: %.2f, Final time %.2f\n", d->dt, d->te);
|
||||||
|
printf("\tdt bound: %.6f\n", d->dtBound);
|
||||||
|
printf("\tTau factor: %.2f\n", d->tau);
|
||||||
|
printf("Iterative d parameters:\n");
|
||||||
|
printf("\tgamma factor: %f\n", d->gamma);
|
||||||
|
}
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|
void initDiscretization(Discretization* d, Parameter* p)
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{
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|
d->problem = p->name;
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|
d->bcLeft = p->bcLeft;
|
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|
d->bcRight = p->bcRight;
|
||||||
|
d->bcBottom = p->bcBottom;
|
||||||
|
d->bcTop = p->bcTop;
|
||||||
|
d->grid.imax = p->imax;
|
||||||
|
d->grid.jmax = p->jmax;
|
||||||
|
d->grid.xlength = p->xlength;
|
||||||
|
d->grid.ylength = p->ylength;
|
||||||
|
d->grid.dx = p->xlength / p->imax;
|
||||||
|
d->grid.dy = p->ylength / p->jmax;
|
||||||
|
d->re = p->re;
|
||||||
|
d->gx = p->gx;
|
||||||
|
d->gy = p->gy;
|
||||||
|
d->dt = p->dt;
|
||||||
|
d->te = p->te;
|
||||||
|
d->tau = p->tau;
|
||||||
|
d->gamma = p->gamma;
|
||||||
|
|
||||||
|
int imax = d->grid.imax;
|
||||||
|
int jmax = d->grid.jmax;
|
||||||
|
size_t size = (imax + 2) * (jmax + 2) * sizeof(double);
|
||||||
|
d->u = allocate(64, size);
|
||||||
|
d->v = allocate(64, size);
|
||||||
|
d->p = allocate(64, size);
|
||||||
|
d->rhs = allocate(64, size);
|
||||||
|
d->f = allocate(64, size);
|
||||||
|
d->g = allocate(64, size);
|
||||||
|
|
||||||
|
for (int i = 0; i < (imax + 2) * (jmax + 2); i++) {
|
||||||
|
d->u[i] = p->u_init;
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||||||
|
d->v[i] = p->v_init;
|
||||||
|
d->p[i] = p->p_init;
|
||||||
|
d->rhs[i] = 0.0;
|
||||||
|
d->f[i] = 0.0;
|
||||||
|
d->g[i] = 0.0;
|
||||||
|
}
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|
|
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|
double dx = d->grid.dx;
|
||||||
|
double dy = d->grid.dy;
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|
double invSqrSum = 1.0 / (dx * dx) + 1.0 / (dy * dy);
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|
d->dtBound = 0.5 * d->re * 1.0 / invSqrSum;
|
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#ifdef VERBOSE
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|
printConfig(d);
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|
#endif
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|
}
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|
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|
void computeRHS(Discretization* d)
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|
{
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|
int imax = d->grid.imax;
|
||||||
|
int jmax = d->grid.jmax;
|
||||||
|
double idx = 1.0 / d->grid.dx;
|
||||||
|
double idy = 1.0 / d->grid.dy;
|
||||||
|
double idt = 1.0 / d->dt;
|
||||||
|
double* rhs = d->rhs;
|
||||||
|
double* f = d->f;
|
||||||
|
double* g = d->g;
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||||||
|
|
||||||
|
for (int j = 1; j < jmax + 1; j++) {
|
||||||
|
for (int i = 1; i < imax + 1; i++) {
|
||||||
|
RHS(i, j) = idt *
|
||||||
|
((F(i, j) - F(i - 1, j)) * idx + (G(i, j) - G(i, j - 1)) * idy);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
static double maxElement(Discretization* d, double* m)
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|
{
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|
int size = (d->grid.imax + 2) * (d->grid.jmax + 2);
|
||||||
|
double maxval = DBL_MIN;
|
||||||
|
|
||||||
|
for (int i = 0; i < size; i++) {
|
||||||
|
maxval = MAX(maxval, fabs(m[i]));
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|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
return maxval;
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|
}
|
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|
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|
void normalizePressure(Discretization* d)
|
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|
{
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|
int size = (d->grid.imax + 2) * (d->grid.jmax + 2);
|
||||||
|
double* p = d->p;
|
||||||
|
double avgP = 0.0;
|
||||||
|
|
||||||
|
for (int i = 0; i < size; i++) {
|
||||||
|
avgP += p[i];
|
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|
}
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||||||
|
avgP /= size;
|
||||||
|
|
||||||
|
for (int i = 0; i < size; i++) {
|
||||||
|
p[i] = p[i] - avgP;
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||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
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|
void computeTimestep(Discretization* d)
|
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|
{
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|
double dt = d->dtBound;
|
||||||
|
double dx = d->grid.dx;
|
||||||
|
double dy = d->grid.dy;
|
||||||
|
double umax = maxElement(d, d->u);
|
||||||
|
double vmax = maxElement(d, d->v);
|
||||||
|
|
||||||
|
if (umax > 0) {
|
||||||
|
dt = (dt > dx / umax) ? dx / umax : dt;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
if (vmax > 0) {
|
||||||
|
dt = (dt > dy / vmax) ? dy / vmax : dt;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
d->dt = dt * d->tau;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
void setBoundaryConditions(Discretization* d)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
int imax = d->grid.imax;
|
||||||
|
int jmax = d->grid.jmax;
|
||||||
|
double* u = d->u;
|
||||||
|
double* v = d->v;
|
||||||
|
|
||||||
|
// Left boundary
|
||||||
|
switch (d->bcLeft) {
|
||||||
|
case NOSLIP:
|
||||||
|
for (int j = 1; j < jmax + 1; j++) {
|
||||||
|
U(0, j) = 0.0;
|
||||||
|
V(0, j) = -V(1, j);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
break;
|
||||||
|
case SLIP:
|
||||||
|
for (int j = 1; j < jmax + 1; j++) {
|
||||||
|
U(0, j) = 0.0;
|
||||||
|
V(0, j) = V(1, j);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
break;
|
||||||
|
case OUTFLOW:
|
||||||
|
for (int j = 1; j < jmax + 1; j++) {
|
||||||
|
U(0, j) = U(1, j);
|
||||||
|
V(0, j) = V(1, j);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
break;
|
||||||
|
case PERIODIC:
|
||||||
|
break;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
// Right boundary
|
||||||
|
switch (d->bcRight) {
|
||||||
|
case NOSLIP:
|
||||||
|
for (int j = 1; j < jmax + 1; j++) {
|
||||||
|
U(imax, j) = 0.0;
|
||||||
|
V(imax + 1, j) = -V(imax, j);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
break;
|
||||||
|
case SLIP:
|
||||||
|
for (int j = 1; j < jmax + 1; j++) {
|
||||||
|
U(imax, j) = 0.0;
|
||||||
|
V(imax + 1, j) = V(imax, j);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
break;
|
||||||
|
case OUTFLOW:
|
||||||
|
for (int j = 1; j < jmax + 1; j++) {
|
||||||
|
U(imax, j) = U(imax - 1, j);
|
||||||
|
V(imax + 1, j) = V(imax, j);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
break;
|
||||||
|
case PERIODIC:
|
||||||
|
break;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
// Bottom boundary
|
||||||
|
switch (d->bcBottom) {
|
||||||
|
case NOSLIP:
|
||||||
|
for (int i = 1; i < imax + 1; i++) {
|
||||||
|
V(i, 0) = 0.0;
|
||||||
|
U(i, 0) = -U(i, 1);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
break;
|
||||||
|
case SLIP:
|
||||||
|
for (int i = 1; i < imax + 1; i++) {
|
||||||
|
V(i, 0) = 0.0;
|
||||||
|
U(i, 0) = U(i, 1);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
break;
|
||||||
|
case OUTFLOW:
|
||||||
|
for (int i = 1; i < imax + 1; i++) {
|
||||||
|
U(i, 0) = U(i, 1);
|
||||||
|
V(i, 0) = V(i, 1);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
break;
|
||||||
|
case PERIODIC:
|
||||||
|
break;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
// Top boundary
|
||||||
|
switch (d->bcTop) {
|
||||||
|
case NOSLIP:
|
||||||
|
for (int i = 1; i < imax + 1; i++) {
|
||||||
|
V(i, jmax) = 0.0;
|
||||||
|
U(i, jmax + 1) = -U(i, jmax);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
break;
|
||||||
|
case SLIP:
|
||||||
|
for (int i = 1; i < imax + 1; i++) {
|
||||||
|
V(i, jmax) = 0.0;
|
||||||
|
U(i, jmax + 1) = U(i, jmax);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
break;
|
||||||
|
case OUTFLOW:
|
||||||
|
for (int i = 1; i < imax + 1; i++) {
|
||||||
|
U(i, jmax + 1) = U(i, jmax);
|
||||||
|
V(i, jmax) = V(i, jmax - 1);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
break;
|
||||||
|
case PERIODIC:
|
||||||
|
break;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
void setSpecialBoundaryCondition(Discretization* d)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
int imax = d->grid.imax;
|
||||||
|
int jmax = d->grid.jmax;
|
||||||
|
double mDy = d->grid.dy;
|
||||||
|
double* u = d->u;
|
||||||
|
|
||||||
|
if (strcmp(d->problem, "dcavity") == 0) {
|
||||||
|
for (int i = 1; i < imax; i++) {
|
||||||
|
U(i, jmax + 1) = 2.0 - U(i, jmax);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
} else if (strcmp(d->problem, "canal") == 0) {
|
||||||
|
double ylength = d->grid.ylength;
|
||||||
|
double y;
|
||||||
|
|
||||||
|
for (int j = 1; j < jmax + 1; j++) {
|
||||||
|
y = mDy * (j - 0.5);
|
||||||
|
U(0, j) = y * (ylength - y) * 4.0 / (ylength * ylength);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
void computeFG(Discretization* d)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
double* u = d->u;
|
||||||
|
double* v = d->v;
|
||||||
|
double* f = d->f;
|
||||||
|
double* g = d->g;
|
||||||
|
int imax = d->grid.imax;
|
||||||
|
int jmax = d->grid.jmax;
|
||||||
|
double gx = d->gx;
|
||||||
|
double gy = d->gy;
|
||||||
|
double gamma = d->gamma;
|
||||||
|
double dt = d->dt;
|
||||||
|
double inverseRe = 1.0 / d->re;
|
||||||
|
double inverseDx = 1.0 / d->grid.dx;
|
||||||
|
double inverseDy = 1.0 / d->grid.dy;
|
||||||
|
double du2dx, dv2dy, duvdx, duvdy;
|
||||||
|
double du2dx2, du2dy2, dv2dx2, dv2dy2;
|
||||||
|
|
||||||
|
for (int j = 1; j < jmax + 1; j++) {
|
||||||
|
for (int i = 1; i < imax + 1; i++) {
|
||||||
|
du2dx = inverseDx * 0.25 *
|
||||||
|
((U(i, j) + U(i + 1, j)) * (U(i, j) + U(i + 1, j)) -
|
||||||
|
(U(i, j) + U(i - 1, j)) * (U(i, j) + U(i - 1, j))) +
|
||||||
|
gamma * inverseDx * 0.25 *
|
||||||
|
(fabs(U(i, j) + U(i + 1, j)) * (U(i, j) - U(i + 1, j)) +
|
||||||
|
fabs(U(i, j) + U(i - 1, j)) * (U(i, j) - U(i - 1, j)));
|
||||||
|
|
||||||
|
duvdy = inverseDy * 0.25 *
|
||||||
|
((V(i, j) + V(i + 1, j)) * (U(i, j) + U(i, j + 1)) -
|
||||||
|
(V(i, j - 1) + V(i + 1, j - 1)) * (U(i, j) + U(i, j - 1))) +
|
||||||
|
gamma * inverseDy * 0.25 *
|
||||||
|
(fabs(V(i, j) + V(i + 1, j)) * (U(i, j) - U(i, j + 1)) +
|
||||||
|
fabs(V(i, j - 1) + V(i + 1, j - 1)) *
|
||||||
|
(U(i, j) - U(i, j - 1)));
|
||||||
|
|
||||||
|
du2dx2 = inverseDx * inverseDx * (U(i + 1, j) - 2.0 * U(i, j) + U(i - 1, j));
|
||||||
|
du2dy2 = inverseDy * inverseDy * (U(i, j + 1) - 2.0 * U(i, j) + U(i, j - 1));
|
||||||
|
F(i, j) = U(i, j) + dt * (inverseRe * (du2dx2 + du2dy2) - du2dx - duvdy + gx);
|
||||||
|
|
||||||
|
duvdx = inverseDx * 0.25 *
|
||||||
|
((U(i, j) + U(i, j + 1)) * (V(i, j) + V(i + 1, j)) -
|
||||||
|
(U(i - 1, j) + U(i - 1, j + 1)) * (V(i, j) + V(i - 1, j))) +
|
||||||
|
gamma * inverseDx * 0.25 *
|
||||||
|
(fabs(U(i, j) + U(i, j + 1)) * (V(i, j) - V(i + 1, j)) +
|
||||||
|
fabs(U(i - 1, j) + U(i - 1, j + 1)) *
|
||||||
|
(V(i, j) - V(i - 1, j)));
|
||||||
|
|
||||||
|
dv2dy = inverseDy * 0.25 *
|
||||||
|
((V(i, j) + V(i, j + 1)) * (V(i, j) + V(i, j + 1)) -
|
||||||
|
(V(i, j) + V(i, j - 1)) * (V(i, j) + V(i, j - 1))) +
|
||||||
|
gamma * inverseDy * 0.25 *
|
||||||
|
(fabs(V(i, j) + V(i, j + 1)) * (V(i, j) - V(i, j + 1)) +
|
||||||
|
fabs(V(i, j) + V(i, j - 1)) * (V(i, j) - V(i, j - 1)));
|
||||||
|
|
||||||
|
dv2dx2 = inverseDx * inverseDx * (V(i + 1, j) - 2.0 * V(i, j) + V(i - 1, j));
|
||||||
|
dv2dy2 = inverseDy * inverseDy * (V(i, j + 1) - 2.0 * V(i, j) + V(i, j - 1));
|
||||||
|
G(i, j) = V(i, j) + dt * (inverseRe * (dv2dx2 + dv2dy2) - duvdx - dv2dy + gy);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
/* ---------------------- boundary of F --------------------------- */
|
||||||
|
for (int j = 1; j < jmax + 1; j++) {
|
||||||
|
F(0, j) = U(0, j);
|
||||||
|
F(imax, j) = U(imax, j);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
/* ---------------------- boundary of G --------------------------- */
|
||||||
|
for (int i = 1; i < imax + 1; i++) {
|
||||||
|
G(i, 0) = V(i, 0);
|
||||||
|
G(i, jmax) = V(i, jmax);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
void adaptUV(Discretization* d)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
int imax = d->grid.imax;
|
||||||
|
int jmax = d->grid.jmax;
|
||||||
|
double* p = d->p;
|
||||||
|
double* u = d->u;
|
||||||
|
double* v = d->v;
|
||||||
|
double* f = d->f;
|
||||||
|
double* g = d->g;
|
||||||
|
double factorX = d->dt / d->grid.dx;
|
||||||
|
double factorY = d->dt / d->grid.dy;
|
||||||
|
|
||||||
|
for (int j = 1; j < jmax + 1; j++) {
|
||||||
|
for (int i = 1; i < imax + 1; i++) {
|
||||||
|
U(i, j) = F(i, j) - (P(i + 1, j) - P(i, j)) * factorX;
|
||||||
|
V(i, j) = G(i, j) - (P(i, j + 1) - P(i, j)) * factorY;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
void writeResult(Discretization* d)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
int imax = d->grid.imax;
|
||||||
|
int jmax = d->grid.jmax;
|
||||||
|
double dx = d->grid.dx;
|
||||||
|
double dy = d->grid.dy;
|
||||||
|
double* p = d->p;
|
||||||
|
double* u = d->u;
|
||||||
|
double* v = d->v;
|
||||||
|
double x = 0.0, y = 0.0;
|
||||||
|
|
||||||
|
FILE* fp;
|
||||||
|
fp = fopen("pressure.dat", "w");
|
||||||
|
|
||||||
|
if (fp == NULL) {
|
||||||
|
printf("Error!\n");
|
||||||
|
exit(EXIT_FAILURE);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
for (int j = 1; j < jmax + 1; j++) {
|
||||||
|
y = (double)(j - 0.5) * dy;
|
||||||
|
for (int i = 1; i < imax + 1; i++) {
|
||||||
|
x = (double)(i - 0.5) * dx;
|
||||||
|
fprintf(fp, "%.2f %.2f %f\n", x, y, P(i, j));
|
||||||
|
}
|
||||||
|
fprintf(fp, "\n");
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
fclose(fp);
|
||||||
|
|
||||||
|
fp = fopen("velocity.dat", "w");
|
||||||
|
|
||||||
|
if (fp == NULL) {
|
||||||
|
printf("Error!\n");
|
||||||
|
exit(EXIT_FAILURE);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
for (int j = 1; j < jmax + 1; j++) {
|
||||||
|
y = dy * (j - 0.5);
|
||||||
|
for (int i = 1; i < imax + 1; i++) {
|
||||||
|
x = dx * (i - 0.5);
|
||||||
|
double velU = (U(i, j) + U(i - 1, j)) / 2.0;
|
||||||
|
double velV = (V(i, j) + V(i, j - 1)) / 2.0;
|
||||||
|
double len = sqrt((velU * velU) + (velV * velV));
|
||||||
|
fprintf(fp, "%.2f %.2f %f %f %f\n", x, y, velU, velV, len);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
fclose(fp);
|
||||||
|
}
|
40
BasicSolver/2D-seq/src/discretization.h
Normal file
40
BasicSolver/2D-seq/src/discretization.h
Normal file
@ -0,0 +1,40 @@
|
|||||||
|
/*
|
||||||
|
* Copyright (C) NHR@FAU, University Erlangen-Nuremberg.
|
||||||
|
* All rights reserved. This file is part of nusif-solver.
|
||||||
|
* Use of this source code is governed by a MIT style
|
||||||
|
* license that can be found in the LICENSE file.
|
||||||
|
*/
|
||||||
|
#ifndef __DISCRETIZATION_H_
|
||||||
|
#define __DISCRETIZATION_H_
|
||||||
|
#include "grid.h"
|
||||||
|
#include "parameter.h"
|
||||||
|
|
||||||
|
enum BC { NOSLIP = 1, SLIP, OUTFLOW, PERIODIC };
|
||||||
|
|
||||||
|
typedef struct {
|
||||||
|
/* geometry and grid information */
|
||||||
|
Grid grid;
|
||||||
|
/* arrays */
|
||||||
|
double *p, *rhs;
|
||||||
|
double *f, *g;
|
||||||
|
double *u, *v;
|
||||||
|
/* parameters */
|
||||||
|
double re, tau, gamma;
|
||||||
|
double gx, gy;
|
||||||
|
/* time stepping */
|
||||||
|
double dt, te;
|
||||||
|
double dtBound;
|
||||||
|
char* problem;
|
||||||
|
int bcLeft, bcRight, bcBottom, bcTop;
|
||||||
|
} Discretization;
|
||||||
|
|
||||||
|
extern void initDiscretization(Discretization*, Parameter*);
|
||||||
|
extern void computeRHS(Discretization*);
|
||||||
|
extern void normalizePressure(Discretization*);
|
||||||
|
extern void computeTimestep(Discretization*);
|
||||||
|
extern void setBoundaryConditions(Discretization*);
|
||||||
|
extern void setSpecialBoundaryCondition(Discretization*);
|
||||||
|
extern void computeFG(Discretization*);
|
||||||
|
extern void adaptUV(Discretization*);
|
||||||
|
extern void writeResult(Discretization*);
|
||||||
|
#endif
|
@ -4,12 +4,11 @@
|
|||||||
* Use of this source code is governed by a MIT-style
|
* Use of this source code is governed by a MIT-style
|
||||||
* license that can be found in the LICENSE file.
|
* license that can be found in the LICENSE file.
|
||||||
*/
|
*/
|
||||||
#include <float.h>
|
|
||||||
#include <limits.h>
|
|
||||||
#include <stdio.h>
|
#include <stdio.h>
|
||||||
#include <stdlib.h>
|
#include <stdlib.h>
|
||||||
#include <unistd.h>
|
#include <unistd.h>
|
||||||
|
|
||||||
|
#include "discretization.h"
|
||||||
#include "parameter.h"
|
#include "parameter.h"
|
||||||
#include "progress.h"
|
#include "progress.h"
|
||||||
#include "solver.h"
|
#include "solver.h"
|
||||||
@ -17,39 +16,41 @@
|
|||||||
|
|
||||||
int main(int argc, char** argv)
|
int main(int argc, char** argv)
|
||||||
{
|
{
|
||||||
double S, E;
|
double timeStart, timeStop;
|
||||||
Parameter params;
|
Parameter p;
|
||||||
Solver solver;
|
Discretization d;
|
||||||
initParameter(¶ms);
|
Solver s;
|
||||||
|
initParameter(&p);
|
||||||
|
|
||||||
if (argc != 2) {
|
if (argc != 2) {
|
||||||
printf("Usage: %s <configFile>\n", argv[0]);
|
printf("Usage: %s <configFile>\n", argv[0]);
|
||||||
exit(EXIT_SUCCESS);
|
exit(EXIT_SUCCESS);
|
||||||
}
|
}
|
||||||
|
|
||||||
readParameter(¶ms, argv[1]);
|
readParameter(&p, argv[1]);
|
||||||
printParameter(¶ms);
|
printParameter(&p);
|
||||||
initSolver(&solver, ¶ms);
|
initDiscretization(&d, &p);
|
||||||
|
initSolver(&s, &d, &p);
|
||||||
#ifndef VERBOSE
|
#ifndef VERBOSE
|
||||||
initProgress(solver.te);
|
initProgress(d.te);
|
||||||
#endif
|
#endif
|
||||||
|
|
||||||
double tau = solver.tau;
|
double tau = d.tau;
|
||||||
double te = solver.te;
|
double te = d.te;
|
||||||
double t = 0.0;
|
double t = 0.0;
|
||||||
int nt = 0;
|
int nt = 0;
|
||||||
|
|
||||||
S = getTimeStamp();
|
timeStart = getTimeStamp();
|
||||||
while (t <= te) {
|
while (t <= te) {
|
||||||
if (tau > 0.0) computeTimestep(&solver);
|
if (tau > 0.0) computeTimestep(&d);
|
||||||
setBoundaryConditions(&solver);
|
setBoundaryConditions(&d);
|
||||||
setSpecialBoundaryCondition(&solver);
|
setSpecialBoundaryCondition(&d);
|
||||||
computeFG(&solver);
|
computeFG(&d);
|
||||||
computeRHS(&solver);
|
computeRHS(&d);
|
||||||
if (nt % 100 == 0) normalizePressure(&solver);
|
if (nt % 100 == 0) normalizePressure(&d);
|
||||||
solveRB(&solver);
|
solve(&s, d.p, d.rhs);
|
||||||
adaptUV(&solver);
|
adaptUV(&d);
|
||||||
t += solver.dt;
|
t += d.dt;
|
||||||
nt++;
|
nt++;
|
||||||
|
|
||||||
#ifdef VERBOSE
|
#ifdef VERBOSE
|
||||||
@ -58,9 +59,9 @@ int main(int argc, char** argv)
|
|||||||
printProgress(t);
|
printProgress(t);
|
||||||
#endif
|
#endif
|
||||||
}
|
}
|
||||||
E = getTimeStamp();
|
timeStop = getTimeStamp();
|
||||||
stopProgress();
|
stopProgress();
|
||||||
printf("Solution took %.2fs\n", E - S);
|
printf("Solution took %.2fs\n", timeStop - timeStart);
|
||||||
writeResult(&solver);
|
writeResult(&d);
|
||||||
return EXIT_SUCCESS;
|
return EXIT_SUCCESS;
|
||||||
}
|
}
|
||||||
|
@ -24,6 +24,8 @@ void initParameter(Parameter* param)
|
|||||||
param->re = 100.0;
|
param->re = 100.0;
|
||||||
param->gamma = 0.9;
|
param->gamma = 0.9;
|
||||||
param->tau = 0.5;
|
param->tau = 0.5;
|
||||||
|
param->rho = 0.99;
|
||||||
|
param->levels = 5;
|
||||||
}
|
}
|
||||||
|
|
||||||
void readParameter(Parameter* param, const char* filename)
|
void readParameter(Parameter* param, const char* filename)
|
||||||
@ -61,6 +63,7 @@ void readParameter(Parameter* param, const char* filename)
|
|||||||
PARSE_INT(imax);
|
PARSE_INT(imax);
|
||||||
PARSE_INT(jmax);
|
PARSE_INT(jmax);
|
||||||
PARSE_INT(itermax);
|
PARSE_INT(itermax);
|
||||||
|
PARSE_INT(levels);
|
||||||
PARSE_REAL(eps);
|
PARSE_REAL(eps);
|
||||||
PARSE_REAL(omg);
|
PARSE_REAL(omg);
|
||||||
PARSE_REAL(re);
|
PARSE_REAL(re);
|
||||||
@ -78,6 +81,7 @@ void readParameter(Parameter* param, const char* filename)
|
|||||||
PARSE_REAL(u_init);
|
PARSE_REAL(u_init);
|
||||||
PARSE_REAL(v_init);
|
PARSE_REAL(v_init);
|
||||||
PARSE_REAL(p_init);
|
PARSE_REAL(p_init);
|
||||||
|
PARSE_REAL(rho);
|
||||||
}
|
}
|
||||||
}
|
}
|
||||||
|
|
||||||
@ -108,4 +112,6 @@ void printParameter(Parameter* param)
|
|||||||
printf("\tepsilon (stopping tolerance) : %f\n", param->eps);
|
printf("\tepsilon (stopping tolerance) : %f\n", param->eps);
|
||||||
printf("\tgamma (stopping tolerance) : %f\n", param->gamma);
|
printf("\tgamma (stopping tolerance) : %f\n", param->gamma);
|
||||||
printf("\tomega (SOR relaxation): %f\n", param->omg);
|
printf("\tomega (SOR relaxation): %f\n", param->omg);
|
||||||
|
printf("\trho (SOR relaxation): %f\n", param->rho);
|
||||||
|
printf("\tMultiGrid levels : %d\n", param->levels);
|
||||||
}
|
}
|
||||||
|
@ -10,8 +10,8 @@
|
|||||||
typedef struct {
|
typedef struct {
|
||||||
double xlength, ylength;
|
double xlength, ylength;
|
||||||
int imax, jmax;
|
int imax, jmax;
|
||||||
int itermax;
|
int itermax, levels;
|
||||||
double eps, omg;
|
double eps, omg, rho;
|
||||||
double re, tau, gamma;
|
double re, tau, gamma;
|
||||||
double te, dt;
|
double te, dt;
|
||||||
double gx, gy;
|
double gx, gy;
|
||||||
|
192
BasicSolver/2D-seq/src/solver-mg.c
Normal file
192
BasicSolver/2D-seq/src/solver-mg.c
Normal file
@ -0,0 +1,192 @@
|
|||||||
|
/*
|
||||||
|
* Copyright (C) NHR@FAU, University Erlangen-Nuremberg.
|
||||||
|
* All rights reserved. This file is part of nusif-solver.
|
||||||
|
* Use of this source code is governed by a MIT style
|
||||||
|
* license that can be found in the LICENSE file.
|
||||||
|
*/
|
||||||
|
#include <stdio.h>
|
||||||
|
#include <stdlib.h>
|
||||||
|
|
||||||
|
#include "allocate.h"
|
||||||
|
#include "discretization.h"
|
||||||
|
#include "parameter.h"
|
||||||
|
#include "solver.h"
|
||||||
|
#include "util.h"
|
||||||
|
|
||||||
|
#define FINEST_LEVEL 0
|
||||||
|
#define S(i, j) s[(j) * (imax + 2) + (i)]
|
||||||
|
#define E(i, j) e[(j) * (imax + 2) + (i)]
|
||||||
|
#define R(i, j) r[(j) * (imax + 2) + (i)]
|
||||||
|
#define OLD(i, j) old[(j) * (imax + 2) + (i)]
|
||||||
|
|
||||||
|
static void restrictMG(Solver* s, int level, int imax, int jmax)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
double* r = s->r[level + 1];
|
||||||
|
double* old = s->r[level];
|
||||||
|
|
||||||
|
for (int j = 1; j < jmax + 1; j++) {
|
||||||
|
for (int i = 1; i < imax + 1; i++) {
|
||||||
|
R(i, j) = (OLD(2 * i - 1, 2 * j - 1) + OLD(2 * i, 2 * j - 1) * 2 +
|
||||||
|
OLD(2 * i + 1, 2 * j - 1) + OLD(2 * i - 1, 2 * j) * 2 +
|
||||||
|
OLD(2 * i, 2 * j) * 4 + OLD(2 * i + 1, 2 * j) * 2 +
|
||||||
|
OLD(2 * i - 1, 2 * j + 1) + OLD(2 * i, 2 * j + 1) * 2 +
|
||||||
|
OLD(2 * i + 1, 2 * j + 1)) /
|
||||||
|
16.0;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
static void prolongate(Solver* s, int level, int imax, int jmax)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
double* old = s->r[level + 1];
|
||||||
|
double* e = s->r[level];
|
||||||
|
|
||||||
|
for (int j = 2; j < jmax + 1; j += 2) {
|
||||||
|
for (int i = 2; i < imax + 1; i += 2) {
|
||||||
|
E(i, j) = OLD(i / 2, j / 2);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
static void correct(Solver* s, double* p, int level, int imax, int jmax)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
double* e = s->e[level];
|
||||||
|
for (int j = 1; j < jmax + 1; ++j) {
|
||||||
|
for (int i = 1; i < imax + 1; ++i) {
|
||||||
|
P(i, j) += E(i, j);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
static void setBoundaryCondition(double* p, int imax, int jmax)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
for (int i = 1; i < imax + 1; i++) {
|
||||||
|
P(i, 0) = P(i, 1);
|
||||||
|
P(i, jmax + 1) = P(i, jmax);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
for (int j = 1; j < jmax + 1; j++) {
|
||||||
|
P(0, j) = P(1, j);
|
||||||
|
P(imax + 1, j) = P(imax, j);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
static double smooth(Solver* s, double* p, double* rhs, int level, int imax, int jmax)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
double dx2 = s->grid->dx * s->grid->dx;
|
||||||
|
double dy2 = s->grid->dy * s->grid->dy;
|
||||||
|
double idx2 = 1.0 / dx2;
|
||||||
|
double idy2 = 1.0 / dy2;
|
||||||
|
double factor = s->omega * 0.5 * (dx2 * dy2) / (dx2 + dy2);
|
||||||
|
double* r = s->r[level];
|
||||||
|
double res = 1.0;
|
||||||
|
int pass, jsw, isw;
|
||||||
|
|
||||||
|
jsw = 1;
|
||||||
|
|
||||||
|
for (pass = 0; pass < 2; pass++) {
|
||||||
|
isw = jsw;
|
||||||
|
|
||||||
|
for (int j = 1; j < jmax + 1; j++) {
|
||||||
|
for (int i = isw; i < imax + 1; i += 2) {
|
||||||
|
|
||||||
|
R(i, j) = RHS(i, j) -
|
||||||
|
((P(i + 1, j) - 2.0 * P(i, j) + P(i - 1, j)) * idx2 +
|
||||||
|
(P(i, j + 1) - 2.0 * P(i, j) + P(i, j - 1)) * idy2);
|
||||||
|
|
||||||
|
P(i, j) -= (factor * R(i, j));
|
||||||
|
res += (R(i, j) * R(i, j));
|
||||||
|
}
|
||||||
|
isw = 3 - isw;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
jsw = 3 - jsw;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
res = res / (double)(imax * jmax);
|
||||||
|
return res;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
void initSolver(Solver* s, Discretization* d, Parameter* p)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
s->eps = p->eps;
|
||||||
|
s->omega = p->omg;
|
||||||
|
s->itermax = p->itermax;
|
||||||
|
s->rho = p->rho;
|
||||||
|
s->levels = p->levels;
|
||||||
|
s->grid = &d->grid;
|
||||||
|
|
||||||
|
int imax = s->grid->imax;
|
||||||
|
int jmax = s->grid->jmax;
|
||||||
|
int levels = s->levels;
|
||||||
|
printf("Using Multigrid solver with %d levels\n", levels);
|
||||||
|
|
||||||
|
s->r = malloc(levels * sizeof(double*));
|
||||||
|
s->e = malloc(levels * sizeof(double*));
|
||||||
|
|
||||||
|
size_t size = (imax + 2) * (jmax + 2) * sizeof(double);
|
||||||
|
|
||||||
|
for (int j = 0; j < levels; j++) {
|
||||||
|
s->r[j] = allocate(64, size);
|
||||||
|
s->e[j] = allocate(64, size);
|
||||||
|
|
||||||
|
for (int i = 0; i < (imax + 2) * (jmax + 2); i++) {
|
||||||
|
s->r[j][i] = 0.0;
|
||||||
|
s->e[j][i] = 0.0;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
double multiGrid(Solver* solver, double* p, double* rhs, int level, int imax, int jmax)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
double res = 0.0;
|
||||||
|
|
||||||
|
// coarsest level TODO: Use direct solver?
|
||||||
|
if (level == (solver->levels - 1)) {
|
||||||
|
for (int i = 0; i < 5; i++) {
|
||||||
|
smooth(solver, p, rhs, level, imax, jmax);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
return res;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
// pre-smoothing TODO: Make smoothing steps configurable?
|
||||||
|
for (int i = 0; i < 5; i++) {
|
||||||
|
smooth(solver, p, rhs, level, imax, jmax);
|
||||||
|
if (level == FINEST_LEVEL) setBoundaryCondition(p, imax, jmax);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
// restrict
|
||||||
|
restrictMG(solver, level, imax, jmax);
|
||||||
|
|
||||||
|
// MGSolver on residual and error.
|
||||||
|
// TODO: What if there is a rest?
|
||||||
|
multiGrid(solver,
|
||||||
|
solver->e[level + 1],
|
||||||
|
solver->r[level],
|
||||||
|
level + 1,
|
||||||
|
imax / 2,
|
||||||
|
jmax / 2);
|
||||||
|
|
||||||
|
// prolongate
|
||||||
|
prolongate(solver, level, imax, jmax);
|
||||||
|
|
||||||
|
// correct p on finer level using residual
|
||||||
|
correct(solver, p, level, imax, jmax);
|
||||||
|
if (level == FINEST_LEVEL) setBoundaryCondition(p, imax, jmax);
|
||||||
|
|
||||||
|
// post-smoothing
|
||||||
|
for (int i = 0; i < 5; i++) {
|
||||||
|
res = smooth(solver, p, rhs, level, imax, jmax);
|
||||||
|
if (level == FINEST_LEVEL) setBoundaryCondition(p, imax, jmax);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
return res;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
void solve(Solver* s, double* p, double* rhs)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
double res = multiGrid(s, p, rhs, 0, s->grid->imax, s->grid->jmax);
|
||||||
|
|
||||||
|
#ifdef VERBOSE
|
||||||
|
printf("Residuum: %.6f\n", res);
|
||||||
|
#endif
|
||||||
|
}
|
129
BasicSolver/2D-seq/src/solver-sor.c
Normal file
129
BasicSolver/2D-seq/src/solver-sor.c
Normal file
@ -0,0 +1,129 @@
|
|||||||
|
/*
|
||||||
|
* Copyright (C) NHR@FAU, University Erlangen-Nuremberg.
|
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|
* All rights reserved. This file is part of nusif-solver.
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|
* Use of this source code is governed by a MIT style
|
||||||
|
* license that can be found in the LICENSE file.
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||||||
|
*/
|
||||||
|
#include "discretization.h"
|
||||||
|
#include "solver.h"
|
||||||
|
#include "util.h"
|
||||||
|
|
||||||
|
void initSolver(Solver* s, Discretization* d, Parameter* p)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
s->grid = &d->grid;
|
||||||
|
s->itermax = p->itermax;
|
||||||
|
s->eps = p->eps;
|
||||||
|
s->omega = p->omg;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
void solveSOR(Solver* solver, double* p, double* rhs)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
int imax = solver->grid->imax;
|
||||||
|
int jmax = solver->grid->jmax;
|
||||||
|
double eps = solver->eps;
|
||||||
|
int itermax = solver->itermax;
|
||||||
|
double dx2 = solver->grid->dx * solver->grid->dx;
|
||||||
|
double dy2 = solver->grid->dy * solver->grid->dy;
|
||||||
|
double idx2 = 1.0 / dx2;
|
||||||
|
double idy2 = 1.0 / dy2;
|
||||||
|
double factor = solver->omega * 0.5 * (dx2 * dy2) / (dx2 + dy2);
|
||||||
|
double epssq = eps * eps;
|
||||||
|
int it = 0;
|
||||||
|
double res = 1.0;
|
||||||
|
|
||||||
|
while ((res >= epssq) && (it < itermax)) {
|
||||||
|
res = 0.0;
|
||||||
|
|
||||||
|
for (int j = 1; j < jmax + 1; j++) {
|
||||||
|
for (int i = 1; i < imax + 1; i++) {
|
||||||
|
|
||||||
|
double r = RHS(i, j) -
|
||||||
|
((P(i + 1, j) - 2.0 * P(i, j) + P(i - 1, j)) * idx2 +
|
||||||
|
(P(i, j + 1) - 2.0 * P(i, j) + P(i, j - 1)) * idy2);
|
||||||
|
|
||||||
|
P(i, j) -= (factor * r);
|
||||||
|
res += (r * r);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
for (int i = 1; i < imax + 1; i++) {
|
||||||
|
P(i, 0) = P(i, 1);
|
||||||
|
P(i, jmax + 1) = P(i, jmax);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
for (int j = 1; j < jmax + 1; j++) {
|
||||||
|
P(0, j) = P(1, j);
|
||||||
|
P(imax + 1, j) = P(imax, j);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
res = res / (double)(imax * jmax);
|
||||||
|
#ifdef DEBUG
|
||||||
|
printf("%d Residuum: %e\n", it, res);
|
||||||
|
#endif
|
||||||
|
it++;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
#ifdef VERBOSE
|
||||||
|
printf("Solver took %d iterations to reach %f\n", it, sqrt(res));
|
||||||
|
#endif
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
void solve(Solver* solver, double* p, double* rhs)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
int imax = solver->grid->imax;
|
||||||
|
int jmax = solver->grid->jmax;
|
||||||
|
double eps = solver->eps;
|
||||||
|
int itermax = solver->itermax;
|
||||||
|
double dx2 = solver->grid->dx * solver->grid->dx;
|
||||||
|
double dy2 = solver->grid->dy * solver->grid->dy;
|
||||||
|
double idx2 = 1.0 / dx2;
|
||||||
|
double idy2 = 1.0 / dy2;
|
||||||
|
double factor = solver->omega * 0.5 * (dx2 * dy2) / (dx2 + dy2);
|
||||||
|
double epssq = eps * eps;
|
||||||
|
int it = 0;
|
||||||
|
double res = 1.0;
|
||||||
|
int pass, jsw, isw;
|
||||||
|
|
||||||
|
while ((res >= epssq) && (it < itermax)) {
|
||||||
|
res = 0.0;
|
||||||
|
jsw = 1;
|
||||||
|
|
||||||
|
for (pass = 0; pass < 2; pass++) {
|
||||||
|
isw = jsw;
|
||||||
|
|
||||||
|
for (int j = 1; j < jmax + 1; j++) {
|
||||||
|
for (int i = isw; i < imax + 1; i += 2) {
|
||||||
|
|
||||||
|
double r = RHS(i, j) -
|
||||||
|
((P(i + 1, j) - 2.0 * P(i, j) + P(i - 1, j)) * idx2 +
|
||||||
|
(P(i, j + 1) - 2.0 * P(i, j) + P(i, j - 1)) * idy2);
|
||||||
|
|
||||||
|
P(i, j) -= (factor * r);
|
||||||
|
res += (r * r);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
isw = 3 - isw;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
jsw = 3 - jsw;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
for (int i = 1; i < imax + 1; i++) {
|
||||||
|
P(i, 0) = P(i, 1);
|
||||||
|
P(i, jmax + 1) = P(i, jmax);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
for (int j = 1; j < jmax + 1; j++) {
|
||||||
|
P(0, j) = P(1, j);
|
||||||
|
P(imax + 1, j) = P(imax, j);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
res = res / (double)(imax * jmax);
|
||||||
|
#ifdef DEBUG
|
||||||
|
printf("%d Residuum: %e\n", it, res);
|
||||||
|
#endif
|
||||||
|
it++;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
#ifdef VERBOSE
|
||||||
|
printf("Solver took %d iterations to reach %f\n", it, sqrt(res));
|
||||||
|
#endif
|
||||||
|
}
|
@ -1,564 +0,0 @@
|
|||||||
/*
|
|
||||||
* Copyright (C) NHR@FAU, University Erlangen-Nuremberg.
|
|
||||||
* All rights reserved. This file is part of nusif-solver.
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* Use of this source code is governed by a MIT style
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||||||
* license that can be found in the LICENSE file.
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||||||
*/
|
|
||||||
#include <float.h>
|
|
||||||
#include <math.h>
|
|
||||||
#include <stdio.h>
|
|
||||||
#include <stdlib.h>
|
|
||||||
#include <string.h>
|
|
||||||
|
|
||||||
#include "allocate.h"
|
|
||||||
#include "parameter.h"
|
|
||||||
#include "solver.h"
|
|
||||||
#include "util.h"
|
|
||||||
|
|
||||||
#define P(i, j) p[(j) * (imax + 2) + (i)]
|
|
||||||
#define F(i, j) f[(j) * (imax + 2) + (i)]
|
|
||||||
#define G(i, j) g[(j) * (imax + 2) + (i)]
|
|
||||||
#define U(i, j) u[(j) * (imax + 2) + (i)]
|
|
||||||
#define V(i, j) v[(j) * (imax + 2) + (i)]
|
|
||||||
#define RHS(i, j) rhs[(j) * (imax + 2) + (i)]
|
|
||||||
|
|
||||||
static void print(Solver* solver, double* grid)
|
|
||||||
{
|
|
||||||
int imax = solver->imax;
|
|
||||||
|
|
||||||
for (int j = 0; j < solver->jmax + 2; j++) {
|
|
||||||
printf("%02d: ", j);
|
|
||||||
for (int i = 0; i < solver->imax + 2; i++) {
|
|
||||||
printf("%12.8f ", grid[j * (imax + 2) + i]);
|
|
||||||
}
|
|
||||||
printf("\n");
|
|
||||||
}
|
|
||||||
fflush(stdout);
|
|
||||||
}
|
|
||||||
|
|
||||||
static void printConfig(Solver* solver)
|
|
||||||
{
|
|
||||||
printf("Parameters for #%s#\n", solver->problem);
|
|
||||||
printf("Boundary conditions Left:%d Right:%d Bottom:%d Top:%d\n",
|
|
||||||
solver->bcLeft,
|
|
||||||
solver->bcRight,
|
|
||||||
solver->bcBottom,
|
|
||||||
solver->bcTop);
|
|
||||||
printf("\tReynolds number: %.2f\n", solver->re);
|
|
||||||
printf("\tGx Gy: %.2f %.2f\n", solver->gx, solver->gy);
|
|
||||||
printf("Geometry data:\n");
|
|
||||||
printf("\tDomain box size (x, y): %.2f, %.2f\n", solver->xlength, solver->ylength);
|
|
||||||
printf("\tCells (x, y): %d, %d\n", solver->imax, solver->jmax);
|
|
||||||
printf("Timestep parameters:\n");
|
|
||||||
printf("\tDefault stepsize: %.2f, Final time %.2f\n", solver->dt, solver->te);
|
|
||||||
printf("\tdt bound: %.6f\n", solver->dtBound);
|
|
||||||
printf("\tTau factor: %.2f\n", solver->tau);
|
|
||||||
printf("Iterative solver parameters:\n");
|
|
||||||
printf("\tMax iterations: %d\n", solver->itermax);
|
|
||||||
printf("\tepsilon (stopping tolerance) : %f\n", solver->eps);
|
|
||||||
printf("\tgamma factor: %f\n", solver->gamma);
|
|
||||||
printf("\tomega (SOR relaxation): %f\n", solver->omega);
|
|
||||||
}
|
|
||||||
|
|
||||||
void initSolver(Solver* solver, Parameter* params)
|
|
||||||
{
|
|
||||||
solver->problem = params->name;
|
|
||||||
solver->bcLeft = params->bcLeft;
|
|
||||||
solver->bcRight = params->bcRight;
|
|
||||||
solver->bcBottom = params->bcBottom;
|
|
||||||
solver->bcTop = params->bcTop;
|
|
||||||
solver->imax = params->imax;
|
|
||||||
solver->jmax = params->jmax;
|
|
||||||
solver->xlength = params->xlength;
|
|
||||||
solver->ylength = params->ylength;
|
|
||||||
solver->dx = params->xlength / params->imax;
|
|
||||||
solver->dy = params->ylength / params->jmax;
|
|
||||||
solver->eps = params->eps;
|
|
||||||
solver->omega = params->omg;
|
|
||||||
solver->itermax = params->itermax;
|
|
||||||
solver->re = params->re;
|
|
||||||
solver->gx = params->gx;
|
|
||||||
solver->gy = params->gy;
|
|
||||||
solver->dt = params->dt;
|
|
||||||
solver->te = params->te;
|
|
||||||
solver->tau = params->tau;
|
|
||||||
solver->gamma = params->gamma;
|
|
||||||
|
|
||||||
int imax = solver->imax;
|
|
||||||
int jmax = solver->jmax;
|
|
||||||
size_t size = (imax + 2) * (jmax + 2) * sizeof(double);
|
|
||||||
solver->u = allocate(64, size);
|
|
||||||
solver->v = allocate(64, size);
|
|
||||||
solver->p = allocate(64, size);
|
|
||||||
solver->rhs = allocate(64, size);
|
|
||||||
solver->f = allocate(64, size);
|
|
||||||
solver->g = allocate(64, size);
|
|
||||||
|
|
||||||
for (int i = 0; i < (imax + 2) * (jmax + 2); i++) {
|
|
||||||
solver->u[i] = params->u_init;
|
|
||||||
solver->v[i] = params->v_init;
|
|
||||||
solver->p[i] = params->p_init;
|
|
||||||
solver->rhs[i] = 0.0;
|
|
||||||
solver->f[i] = 0.0;
|
|
||||||
solver->g[i] = 0.0;
|
|
||||||
}
|
|
||||||
|
|
||||||
double dx = solver->dx;
|
|
||||||
double dy = solver->dy;
|
|
||||||
double invSqrSum = 1.0 / (dx * dx) + 1.0 / (dy * dy);
|
|
||||||
solver->dtBound = 0.5 * solver->re * 1.0 / invSqrSum;
|
|
||||||
#ifdef VERBOSE
|
|
||||||
printConfig(solver);
|
|
||||||
#endif
|
|
||||||
}
|
|
||||||
|
|
||||||
void computeRHS(Solver* solver)
|
|
||||||
{
|
|
||||||
int imax = solver->imax;
|
|
||||||
int jmax = solver->jmax;
|
|
||||||
double idx = 1.0 / solver->dx;
|
|
||||||
double idy = 1.0 / solver->dy;
|
|
||||||
double idt = 1.0 / solver->dt;
|
|
||||||
double* rhs = solver->rhs;
|
|
||||||
double* f = solver->f;
|
|
||||||
double* g = solver->g;
|
|
||||||
|
|
||||||
for (int j = 1; j < jmax + 1; j++) {
|
|
||||||
for (int i = 1; i < imax + 1; i++) {
|
|
||||||
RHS(i, j) = idt *
|
|
||||||
((F(i, j) - F(i - 1, j)) * idx + (G(i, j) - G(i, j - 1)) * idy);
|
|
||||||
}
|
|
||||||
}
|
|
||||||
}
|
|
||||||
|
|
||||||
void solve(Solver* solver)
|
|
||||||
{
|
|
||||||
int imax = solver->imax;
|
|
||||||
int jmax = solver->jmax;
|
|
||||||
double eps = solver->eps;
|
|
||||||
int itermax = solver->itermax;
|
|
||||||
double dx2 = solver->dx * solver->dx;
|
|
||||||
double dy2 = solver->dy * solver->dy;
|
|
||||||
double idx2 = 1.0 / dx2;
|
|
||||||
double idy2 = 1.0 / dy2;
|
|
||||||
double factor = solver->omega * 0.5 * (dx2 * dy2) / (dx2 + dy2);
|
|
||||||
double* p = solver->p;
|
|
||||||
double* rhs = solver->rhs;
|
|
||||||
double epssq = eps * eps;
|
|
||||||
int it = 0;
|
|
||||||
double res = 1.0;
|
|
||||||
|
|
||||||
while ((res >= epssq) && (it < itermax)) {
|
|
||||||
res = 0.0;
|
|
||||||
|
|
||||||
for (int j = 1; j < jmax + 1; j++) {
|
|
||||||
for (int i = 1; i < imax + 1; i++) {
|
|
||||||
|
|
||||||
double r = RHS(i, j) -
|
|
||||||
((P(i + 1, j) - 2.0 * P(i, j) + P(i - 1, j)) * idx2 +
|
|
||||||
(P(i, j + 1) - 2.0 * P(i, j) + P(i, j - 1)) * idy2);
|
|
||||||
|
|
||||||
P(i, j) -= (factor * r);
|
|
||||||
res += (r * r);
|
|
||||||
}
|
|
||||||
}
|
|
||||||
|
|
||||||
for (int i = 1; i < imax + 1; i++) {
|
|
||||||
P(i, 0) = P(i, 1);
|
|
||||||
P(i, jmax + 1) = P(i, jmax);
|
|
||||||
}
|
|
||||||
|
|
||||||
for (int j = 1; j < jmax + 1; j++) {
|
|
||||||
P(0, j) = P(1, j);
|
|
||||||
P(imax + 1, j) = P(imax, j);
|
|
||||||
}
|
|
||||||
|
|
||||||
res = res / (double)(imax * jmax);
|
|
||||||
#ifdef DEBUG
|
|
||||||
printf("%d Residuum: %e\n", it, res);
|
|
||||||
#endif
|
|
||||||
it++;
|
|
||||||
}
|
|
||||||
|
|
||||||
#ifdef VERBOSE
|
|
||||||
printf("Solver took %d iterations to reach %f\n", it, sqrt(res));
|
|
||||||
#endif
|
|
||||||
}
|
|
||||||
|
|
||||||
void solveRB(Solver* solver)
|
|
||||||
{
|
|
||||||
int imax = solver->imax;
|
|
||||||
int jmax = solver->jmax;
|
|
||||||
double eps = solver->eps;
|
|
||||||
int itermax = solver->itermax;
|
|
||||||
double dx2 = solver->dx * solver->dx;
|
|
||||||
double dy2 = solver->dy * solver->dy;
|
|
||||||
double idx2 = 1.0 / dx2;
|
|
||||||
double idy2 = 1.0 / dy2;
|
|
||||||
double factor = solver->omega * 0.5 * (dx2 * dy2) / (dx2 + dy2);
|
|
||||||
double* p = solver->p;
|
|
||||||
double* rhs = solver->rhs;
|
|
||||||
double epssq = eps * eps;
|
|
||||||
int it = 0;
|
|
||||||
double res = 1.0;
|
|
||||||
int pass, jsw, isw;
|
|
||||||
|
|
||||||
while ((res >= epssq) && (it < itermax)) {
|
|
||||||
res = 0.0;
|
|
||||||
jsw = 1;
|
|
||||||
|
|
||||||
for (pass = 0; pass < 2; pass++) {
|
|
||||||
isw = jsw;
|
|
||||||
|
|
||||||
for (int j = 1; j < jmax + 1; j++) {
|
|
||||||
for (int i = isw; i < imax + 1; i += 2) {
|
|
||||||
|
|
||||||
double r = RHS(i, j) -
|
|
||||||
((P(i + 1, j) - 2.0 * P(i, j) + P(i - 1, j)) * idx2 +
|
|
||||||
(P(i, j + 1) - 2.0 * P(i, j) + P(i, j - 1)) * idy2);
|
|
||||||
|
|
||||||
P(i, j) -= (factor * r);
|
|
||||||
res += (r * r);
|
|
||||||
}
|
|
||||||
isw = 3 - isw;
|
|
||||||
}
|
|
||||||
jsw = 3 - jsw;
|
|
||||||
}
|
|
||||||
|
|
||||||
for (int i = 1; i < imax + 1; i++) {
|
|
||||||
P(i, 0) = P(i, 1);
|
|
||||||
P(i, jmax + 1) = P(i, jmax);
|
|
||||||
}
|
|
||||||
|
|
||||||
for (int j = 1; j < jmax + 1; j++) {
|
|
||||||
P(0, j) = P(1, j);
|
|
||||||
P(imax + 1, j) = P(imax, j);
|
|
||||||
}
|
|
||||||
|
|
||||||
res = res / (double)(imax * jmax);
|
|
||||||
#ifdef DEBUG
|
|
||||||
printf("%d Residuum: %e\n", it, res);
|
|
||||||
#endif
|
|
||||||
it++;
|
|
||||||
}
|
|
||||||
|
|
||||||
#ifdef VERBOSE
|
|
||||||
printf("Solver took %d iterations to reach %f\n", it, sqrt(res));
|
|
||||||
#endif
|
|
||||||
}
|
|
||||||
|
|
||||||
static double maxElement(Solver* solver, double* m)
|
|
||||||
{
|
|
||||||
int size = (solver->imax + 2) * (solver->jmax + 2);
|
|
||||||
double maxval = DBL_MIN;
|
|
||||||
|
|
||||||
for (int i = 0; i < size; i++) {
|
|
||||||
maxval = MAX(maxval, fabs(m[i]));
|
|
||||||
}
|
|
||||||
|
|
||||||
return maxval;
|
|
||||||
}
|
|
||||||
|
|
||||||
void normalizePressure(Solver* solver)
|
|
||||||
{
|
|
||||||
int size = (solver->imax + 2) * (solver->jmax + 2);
|
|
||||||
double* p = solver->p;
|
|
||||||
double avgP = 0.0;
|
|
||||||
|
|
||||||
for (int i = 0; i < size; i++) {
|
|
||||||
avgP += p[i];
|
|
||||||
}
|
|
||||||
avgP /= size;
|
|
||||||
|
|
||||||
for (int i = 0; i < size; i++) {
|
|
||||||
p[i] = p[i] - avgP;
|
|
||||||
}
|
|
||||||
}
|
|
||||||
|
|
||||||
void computeTimestep(Solver* solver)
|
|
||||||
{
|
|
||||||
double dt = solver->dtBound;
|
|
||||||
double dx = solver->dx;
|
|
||||||
double dy = solver->dy;
|
|
||||||
double umax = maxElement(solver, solver->u);
|
|
||||||
double vmax = maxElement(solver, solver->v);
|
|
||||||
|
|
||||||
if (umax > 0) {
|
|
||||||
dt = (dt > dx / umax) ? dx / umax : dt;
|
|
||||||
}
|
|
||||||
if (vmax > 0) {
|
|
||||||
dt = (dt > dy / vmax) ? dy / vmax : dt;
|
|
||||||
}
|
|
||||||
|
|
||||||
solver->dt = dt * solver->tau;
|
|
||||||
}
|
|
||||||
|
|
||||||
void setBoundaryConditions(Solver* solver)
|
|
||||||
{
|
|
||||||
int imax = solver->imax;
|
|
||||||
int jmax = solver->jmax;
|
|
||||||
double* u = solver->u;
|
|
||||||
double* v = solver->v;
|
|
||||||
|
|
||||||
// Left boundary
|
|
||||||
switch (solver->bcLeft) {
|
|
||||||
case NOSLIP:
|
|
||||||
for (int j = 1; j < jmax + 1; j++) {
|
|
||||||
U(0, j) = 0.0;
|
|
||||||
V(0, j) = -V(1, j);
|
|
||||||
}
|
|
||||||
break;
|
|
||||||
case SLIP:
|
|
||||||
for (int j = 1; j < jmax + 1; j++) {
|
|
||||||
U(0, j) = 0.0;
|
|
||||||
V(0, j) = V(1, j);
|
|
||||||
}
|
|
||||||
break;
|
|
||||||
case OUTFLOW:
|
|
||||||
for (int j = 1; j < jmax + 1; j++) {
|
|
||||||
U(0, j) = U(1, j);
|
|
||||||
V(0, j) = V(1, j);
|
|
||||||
}
|
|
||||||
break;
|
|
||||||
case PERIODIC:
|
|
||||||
break;
|
|
||||||
}
|
|
||||||
|
|
||||||
// Right boundary
|
|
||||||
switch (solver->bcRight) {
|
|
||||||
case NOSLIP:
|
|
||||||
for (int j = 1; j < jmax + 1; j++) {
|
|
||||||
U(imax, j) = 0.0;
|
|
||||||
V(imax + 1, j) = -V(imax, j);
|
|
||||||
}
|
|
||||||
break;
|
|
||||||
case SLIP:
|
|
||||||
for (int j = 1; j < jmax + 1; j++) {
|
|
||||||
U(imax, j) = 0.0;
|
|
||||||
V(imax + 1, j) = V(imax, j);
|
|
||||||
}
|
|
||||||
break;
|
|
||||||
case OUTFLOW:
|
|
||||||
for (int j = 1; j < jmax + 1; j++) {
|
|
||||||
U(imax, j) = U(imax - 1, j);
|
|
||||||
V(imax + 1, j) = V(imax, j);
|
|
||||||
}
|
|
||||||
break;
|
|
||||||
case PERIODIC:
|
|
||||||
break;
|
|
||||||
}
|
|
||||||
|
|
||||||
// Bottom boundary
|
|
||||||
switch (solver->bcBottom) {
|
|
||||||
case NOSLIP:
|
|
||||||
for (int i = 1; i < imax + 1; i++) {
|
|
||||||
V(i, 0) = 0.0;
|
|
||||||
U(i, 0) = -U(i, 1);
|
|
||||||
}
|
|
||||||
break;
|
|
||||||
case SLIP:
|
|
||||||
for (int i = 1; i < imax + 1; i++) {
|
|
||||||
V(i, 0) = 0.0;
|
|
||||||
U(i, 0) = U(i, 1);
|
|
||||||
}
|
|
||||||
break;
|
|
||||||
case OUTFLOW:
|
|
||||||
for (int i = 1; i < imax + 1; i++) {
|
|
||||||
U(i, 0) = U(i, 1);
|
|
||||||
V(i, 0) = V(i, 1);
|
|
||||||
}
|
|
||||||
break;
|
|
||||||
case PERIODIC:
|
|
||||||
break;
|
|
||||||
}
|
|
||||||
|
|
||||||
// Top boundary
|
|
||||||
switch (solver->bcTop) {
|
|
||||||
case NOSLIP:
|
|
||||||
for (int i = 1; i < imax + 1; i++) {
|
|
||||||
V(i, jmax) = 0.0;
|
|
||||||
U(i, jmax + 1) = -U(i, jmax);
|
|
||||||
}
|
|
||||||
break;
|
|
||||||
case SLIP:
|
|
||||||
for (int i = 1; i < imax + 1; i++) {
|
|
||||||
V(i, jmax) = 0.0;
|
|
||||||
U(i, jmax + 1) = U(i, jmax);
|
|
||||||
}
|
|
||||||
break;
|
|
||||||
case OUTFLOW:
|
|
||||||
for (int i = 1; i < imax + 1; i++) {
|
|
||||||
U(i, jmax + 1) = U(i, jmax);
|
|
||||||
V(i, jmax) = V(i, jmax - 1);
|
|
||||||
}
|
|
||||||
break;
|
|
||||||
case PERIODIC:
|
|
||||||
break;
|
|
||||||
}
|
|
||||||
}
|
|
||||||
|
|
||||||
void setSpecialBoundaryCondition(Solver* solver)
|
|
||||||
{
|
|
||||||
int imax = solver->imax;
|
|
||||||
int jmax = solver->jmax;
|
|
||||||
double mDy = solver->dy;
|
|
||||||
double* u = solver->u;
|
|
||||||
|
|
||||||
if (strcmp(solver->problem, "dcavity") == 0) {
|
|
||||||
for (int i = 1; i < imax; i++) {
|
|
||||||
U(i, jmax + 1) = 2.0 - U(i, jmax);
|
|
||||||
}
|
|
||||||
} else if (strcmp(solver->problem, "canal") == 0) {
|
|
||||||
double ylength = solver->ylength;
|
|
||||||
double y;
|
|
||||||
|
|
||||||
for (int j = 1; j < jmax + 1; j++) {
|
|
||||||
y = mDy * (j - 0.5);
|
|
||||||
U(0, j) = y * (ylength - y) * 4.0 / (ylength * ylength);
|
|
||||||
}
|
|
||||||
}
|
|
||||||
}
|
|
||||||
|
|
||||||
void computeFG(Solver* solver)
|
|
||||||
{
|
|
||||||
double* u = solver->u;
|
|
||||||
double* v = solver->v;
|
|
||||||
double* f = solver->f;
|
|
||||||
double* g = solver->g;
|
|
||||||
int imax = solver->imax;
|
|
||||||
int jmax = solver->jmax;
|
|
||||||
double gx = solver->gx;
|
|
||||||
double gy = solver->gy;
|
|
||||||
double gamma = solver->gamma;
|
|
||||||
double dt = solver->dt;
|
|
||||||
double inverseRe = 1.0 / solver->re;
|
|
||||||
double inverseDx = 1.0 / solver->dx;
|
|
||||||
double inverseDy = 1.0 / solver->dy;
|
|
||||||
double du2dx, dv2dy, duvdx, duvdy;
|
|
||||||
double du2dx2, du2dy2, dv2dx2, dv2dy2;
|
|
||||||
|
|
||||||
for (int j = 1; j < jmax + 1; j++) {
|
|
||||||
for (int i = 1; i < imax + 1; i++) {
|
|
||||||
du2dx = inverseDx * 0.25 *
|
|
||||||
((U(i, j) + U(i + 1, j)) * (U(i, j) + U(i + 1, j)) -
|
|
||||||
(U(i, j) + U(i - 1, j)) * (U(i, j) + U(i - 1, j))) +
|
|
||||||
gamma * inverseDx * 0.25 *
|
|
||||||
(fabs(U(i, j) + U(i + 1, j)) * (U(i, j) - U(i + 1, j)) +
|
|
||||||
fabs(U(i, j) + U(i - 1, j)) * (U(i, j) - U(i - 1, j)));
|
|
||||||
|
|
||||||
duvdy = inverseDy * 0.25 *
|
|
||||||
((V(i, j) + V(i + 1, j)) * (U(i, j) + U(i, j + 1)) -
|
|
||||||
(V(i, j - 1) + V(i + 1, j - 1)) * (U(i, j) + U(i, j - 1))) +
|
|
||||||
gamma * inverseDy * 0.25 *
|
|
||||||
(fabs(V(i, j) + V(i + 1, j)) * (U(i, j) - U(i, j + 1)) +
|
|
||||||
fabs(V(i, j - 1) + V(i + 1, j - 1)) *
|
|
||||||
(U(i, j) - U(i, j - 1)));
|
|
||||||
|
|
||||||
du2dx2 = inverseDx * inverseDx * (U(i + 1, j) - 2.0 * U(i, j) + U(i - 1, j));
|
|
||||||
du2dy2 = inverseDy * inverseDy * (U(i, j + 1) - 2.0 * U(i, j) + U(i, j - 1));
|
|
||||||
F(i, j) = U(i, j) + dt * (inverseRe * (du2dx2 + du2dy2) - du2dx - duvdy + gx);
|
|
||||||
|
|
||||||
duvdx = inverseDx * 0.25 *
|
|
||||||
((U(i, j) + U(i, j + 1)) * (V(i, j) + V(i + 1, j)) -
|
|
||||||
(U(i - 1, j) + U(i - 1, j + 1)) * (V(i, j) + V(i - 1, j))) +
|
|
||||||
gamma * inverseDx * 0.25 *
|
|
||||||
(fabs(U(i, j) + U(i, j + 1)) * (V(i, j) - V(i + 1, j)) +
|
|
||||||
fabs(U(i - 1, j) + U(i - 1, j + 1)) *
|
|
||||||
(V(i, j) - V(i - 1, j)));
|
|
||||||
|
|
||||||
dv2dy = inverseDy * 0.25 *
|
|
||||||
((V(i, j) + V(i, j + 1)) * (V(i, j) + V(i, j + 1)) -
|
|
||||||
(V(i, j) + V(i, j - 1)) * (V(i, j) + V(i, j - 1))) +
|
|
||||||
gamma * inverseDy * 0.25 *
|
|
||||||
(fabs(V(i, j) + V(i, j + 1)) * (V(i, j) - V(i, j + 1)) +
|
|
||||||
fabs(V(i, j) + V(i, j - 1)) * (V(i, j) - V(i, j - 1)));
|
|
||||||
|
|
||||||
dv2dx2 = inverseDx * inverseDx * (V(i + 1, j) - 2.0 * V(i, j) + V(i - 1, j));
|
|
||||||
dv2dy2 = inverseDy * inverseDy * (V(i, j + 1) - 2.0 * V(i, j) + V(i, j - 1));
|
|
||||||
G(i, j) = V(i, j) + dt * (inverseRe * (dv2dx2 + dv2dy2) - duvdx - dv2dy + gy);
|
|
||||||
}
|
|
||||||
}
|
|
||||||
|
|
||||||
/* ---------------------- boundary of F --------------------------- */
|
|
||||||
for (int j = 1; j < jmax + 1; j++) {
|
|
||||||
F(0, j) = U(0, j);
|
|
||||||
F(imax, j) = U(imax, j);
|
|
||||||
}
|
|
||||||
|
|
||||||
/* ---------------------- boundary of G --------------------------- */
|
|
||||||
for (int i = 1; i < imax + 1; i++) {
|
|
||||||
G(i, 0) = V(i, 0);
|
|
||||||
G(i, jmax) = V(i, jmax);
|
|
||||||
}
|
|
||||||
}
|
|
||||||
|
|
||||||
void adaptUV(Solver* solver)
|
|
||||||
{
|
|
||||||
int imax = solver->imax;
|
|
||||||
int jmax = solver->jmax;
|
|
||||||
double* p = solver->p;
|
|
||||||
double* u = solver->u;
|
|
||||||
double* v = solver->v;
|
|
||||||
double* f = solver->f;
|
|
||||||
double* g = solver->g;
|
|
||||||
double factorX = solver->dt / solver->dx;
|
|
||||||
double factorY = solver->dt / solver->dy;
|
|
||||||
|
|
||||||
for (int j = 1; j < jmax + 1; j++) {
|
|
||||||
for (int i = 1; i < imax + 1; i++) {
|
|
||||||
U(i, j) = F(i, j) - (P(i + 1, j) - P(i, j)) * factorX;
|
|
||||||
V(i, j) = G(i, j) - (P(i, j + 1) - P(i, j)) * factorY;
|
|
||||||
}
|
|
||||||
}
|
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||||||
}
|
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||||||
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||||||
void writeResult(Solver* solver)
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||||||
{
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int imax = solver->imax;
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||||||
int jmax = solver->jmax;
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||||||
double dx = solver->dx;
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||||||
double dy = solver->dy;
|
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||||||
double* p = solver->p;
|
|
||||||
double* u = solver->u;
|
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||||||
double* v = solver->v;
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||||||
double x = 0.0, y = 0.0;
|
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||||||
|
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||||||
FILE* fp;
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||||||
fp = fopen("pressure.dat", "w");
|
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||||||
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||||||
if (fp == NULL) {
|
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||||||
printf("Error!\n");
|
|
||||||
exit(EXIT_FAILURE);
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||||||
}
|
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||||||
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||||||
for (int j = 1; j < jmax + 1; j++) {
|
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||||||
y = (double)(j - 0.5) * dy;
|
|
||||||
for (int i = 1; i < imax + 1; i++) {
|
|
||||||
x = (double)(i - 0.5) * dx;
|
|
||||||
fprintf(fp, "%.2f %.2f %f\n", x, y, P(i, j));
|
|
||||||
}
|
|
||||||
fprintf(fp, "\n");
|
|
||||||
}
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||||||
|
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||||||
fclose(fp);
|
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||||||
|
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||||||
fp = fopen("velocity.dat", "w");
|
|
||||||
|
|
||||||
if (fp == NULL) {
|
|
||||||
printf("Error!\n");
|
|
||||||
exit(EXIT_FAILURE);
|
|
||||||
}
|
|
||||||
|
|
||||||
for (int j = 1; j < jmax + 1; j++) {
|
|
||||||
y = dy * (j - 0.5);
|
|
||||||
for (int i = 1; i < imax + 1; i++) {
|
|
||||||
x = dx * (i - 0.5);
|
|
||||||
double vel_u = (U(i, j) + U(i - 1, j)) / 2.0;
|
|
||||||
double vel_v = (V(i, j) + V(i, j - 1)) / 2.0;
|
|
||||||
double len = sqrt((vel_u * vel_u) + (vel_v * vel_v));
|
|
||||||
fprintf(fp, "%.2f %.2f %f %f %f\n", x, y, vel_u, vel_v, len);
|
|
||||||
}
|
|
||||||
}
|
|
||||||
|
|
||||||
fclose(fp);
|
|
||||||
}
|
|
@ -6,41 +6,21 @@
|
|||||||
*/
|
*/
|
||||||
#ifndef __SOLVER_H_
|
#ifndef __SOLVER_H_
|
||||||
#define __SOLVER_H_
|
#define __SOLVER_H_
|
||||||
|
#include "discretization.h"
|
||||||
|
#include "grid.h"
|
||||||
#include "parameter.h"
|
#include "parameter.h"
|
||||||
|
|
||||||
enum BC { NOSLIP = 1, SLIP, OUTFLOW, PERIODIC };
|
|
||||||
|
|
||||||
typedef struct {
|
typedef struct {
|
||||||
/* geometry and grid information */
|
/* geometry and grid information */
|
||||||
double dx, dy;
|
Grid* grid;
|
||||||
int imax, jmax;
|
|
||||||
double xlength, ylength;
|
|
||||||
/* arrays */
|
|
||||||
double *p, *rhs;
|
|
||||||
double *f, *g;
|
|
||||||
double *u, *v;
|
|
||||||
/* parameters */
|
/* parameters */
|
||||||
double eps, omega;
|
double eps, omega, rho;
|
||||||
double re, tau, gamma;
|
|
||||||
double gx, gy;
|
|
||||||
/* time stepping */
|
|
||||||
int itermax;
|
int itermax;
|
||||||
double dt, te;
|
int levels;
|
||||||
double dtBound;
|
double **r, **e;
|
||||||
char* problem;
|
|
||||||
int bcLeft, bcRight, bcBottom, bcTop;
|
|
||||||
} Solver;
|
} Solver;
|
||||||
|
|
||||||
extern void initSolver(Solver*, Parameter*);
|
extern void initSolver(Solver*, Discretization*, Parameter*);
|
||||||
extern void computeRHS(Solver*);
|
extern void solve(Solver*, double*, double*);
|
||||||
extern void solve(Solver*);
|
|
||||||
extern void solveRB(Solver*);
|
|
||||||
extern void solveRBA(Solver*);
|
|
||||||
extern void normalizePressure(Solver*);
|
|
||||||
extern void computeTimestep(Solver*);
|
|
||||||
extern void setBoundaryConditions(Solver*);
|
|
||||||
extern void setSpecialBoundaryCondition(Solver*);
|
|
||||||
extern void computeFG(Solver*);
|
|
||||||
extern void adaptUV(Solver*);
|
|
||||||
extern void writeResult(Solver*);
|
|
||||||
#endif
|
#endif
|
||||||
|
@ -19,11 +19,11 @@
|
|||||||
#define ABS(a) ((a) >= 0 ? (a) : -(a))
|
#define ABS(a) ((a) >= 0 ? (a) : -(a))
|
||||||
#endif
|
#endif
|
||||||
|
|
||||||
#define P(i, j) p[(j) * (imaxLocal + 2) + (i)]
|
#define P(i, j) p[(j) * (imax + 2) + (i)]
|
||||||
#define F(i, j) f[(j) * (imaxLocal + 2) + (i)]
|
#define F(i, j) f[(j) * (imax + 2) + (i)]
|
||||||
#define G(i, j) g[(j) * (imaxLocal + 2) + (i)]
|
#define G(i, j) g[(j) * (imax + 2) + (i)]
|
||||||
#define U(i, j) u[(j) * (imaxLocal + 2) + (i)]
|
#define U(i, j) u[(j) * (imax + 2) + (i)]
|
||||||
#define V(i, j) v[(j) * (imaxLocal + 2) + (i)]
|
#define V(i, j) v[(j) * (imax + 2) + (i)]
|
||||||
#define RHS(i, j) rhs[(j) * (imaxLocal + 2) + (i)]
|
#define RHS(i, j) rhs[(j) * (imax + 2) + (i)]
|
||||||
|
|
||||||
#endif // __UTIL_H_
|
#endif // __UTIL_H_
|
||||||
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