Separate solver and discretization modules
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453
BasicSolver/2D-mpi/src/discretization.c
Normal file
453
BasicSolver/2D-mpi/src/discretization.c
Normal file
@ -0,0 +1,453 @@
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* 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
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* license that can be found in the LICENSE file.
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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 "comm.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 printConfig(Discretization* s)
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{
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if (commIsMaster(&s->comm)) {
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printf("Parameters for #%s#\n", s->problem);
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printf("BC Left:%d Right:%d Bottom:%d Top:%d\n",
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s->bcLeft,
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s->bcRight,
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s->bcBottom,
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s->bcTop);
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printf("\tReynolds number: %.2f\n", s->re);
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printf("\tGx Gy: %.2f %.2f\n", s->gx, s->gy);
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printf("Geometry data:\n");
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printf("\tDomain box size (x, y): %.2f, %.2f\n",
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s->grid.xlength,
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s->grid.ylength);
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printf("\tCells (x, y): %d, %d\n", s->grid.imax, s->grid.jmax);
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printf("\tCell size (dx, dy): %f, %f\n", s->grid.dx, s->grid.dy);
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printf("Timestep parameters:\n");
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printf("\tDefault stepsize: %.2f, Final time %.2f\n", s->dt, s->te);
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printf("\tdt bound: %.6f\n", s->dtBound);
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printf("\tTau factor: %.2f\n", s->tau);
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printf("Iterative s parameters:\n");
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printf("\tgamma factor: %f\n", s->gamma);
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}
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commPrintConfig(&s->comm);
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}
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void initDiscretiztion(Discretization* s, Parameter* params)
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{
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s->problem = params->name;
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s->bcLeft = params->bcLeft;
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s->bcRight = params->bcRight;
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s->bcBottom = params->bcBottom;
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s->bcTop = params->bcTop;
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s->grid.imax = params->imax;
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s->grid.jmax = params->jmax;
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s->grid.xlength = params->xlength;
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s->grid.ylength = params->ylength;
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s->grid.dx = params->xlength / params->imax;
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s->grid.dy = params->ylength / params->jmax;
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s->re = params->re;
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s->gx = params->gx;
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s->gy = params->gy;
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s->dt = params->dt;
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s->te = params->te;
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s->tau = params->tau;
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s->gamma = params->gamma;
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/* allocate arrays */
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int imaxLocal = s->comm.imaxLocal;
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int jmaxLocal = s->comm.jmaxLocal;
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size_t size = (imaxLocal + 2) * (jmaxLocal + 2);
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s->u = allocate(64, size * sizeof(double));
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s->v = allocate(64, size * sizeof(double));
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s->p = allocate(64, size * sizeof(double));
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s->rhs = allocate(64, size * sizeof(double));
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s->f = allocate(64, size * sizeof(double));
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s->g = allocate(64, size * sizeof(double));
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for (int i = 0; i < size; i++) {
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s->u[i] = params->u_init;
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s->v[i] = params->v_init;
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s->p[i] = params->p_init;
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s->rhs[i] = 0.0;
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s->f[i] = 0.0;
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|
s->g[i] = 0.0;
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}
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double dx = s->grid.dx;
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double dy = s->grid.dy;
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double invSqrSum = 1.0 / (dx * dx) + 1.0 / (dy * dy);
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s->dtBound = 0.5 * s->re * 1.0 / invSqrSum;
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#ifdef VERBOSE
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printConfig(s);
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#endif
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}
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void computeRHS(Discretization* s)
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{
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int imaxLocal = s->comm.imaxLocal;
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int jmaxLocal = s->comm.jmaxLocal;
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double idx = 1.0 / s->grid.dx;
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double idy = 1.0 / s->grid.dy;
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double idt = 1.0 / s->dt;
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double* rhs = s->rhs;
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double* f = s->f;
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double* g = s->g;
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commShift(&s->comm, f, g);
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for (int j = 1; j < jmaxLocal + 1; j++) {
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for (int i = 1; i < imaxLocal + 1; i++) {
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|
RHS(i, j) = ((F(i, j) - F(i - 1, j)) * idx + (G(i, j) - G(i, j - 1)) * idy) *
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idt;
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}
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}
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}
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static double maxElement(Discretization* s, double* m)
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{
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int imaxLocal = s->comm.imaxLocal;
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int jmaxLocal = s->comm.jmaxLocal;
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int size = (imaxLocal + 2) * (jmaxLocal + 2);
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double maxval = DBL_MIN;
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for (int i = 0; i < size; i++) {
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maxval = MAX(maxval, fabs(m[i]));
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}
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commReduction(&maxval, MAX);
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return maxval;
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}
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void computeTimestep(Discretization* s)
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{
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double dt = s->dtBound;
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double dx = s->grid.dx;
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double dy = s->grid.dy;
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double umax = maxElement(s, s->u);
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double vmax = maxElement(s, s->v);
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if (umax > 0) {
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dt = (dt > dx / umax) ? dx / umax : dt;
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}
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if (vmax > 0) {
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|
dt = (dt > dy / vmax) ? dy / vmax : dt;
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}
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s->dt = dt * s->tau;
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}
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void setBoundaryConditions(Discretization* s)
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{
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int imaxLocal = s->comm.imaxLocal;
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|
int jmaxLocal = s->comm.jmaxLocal;
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double* u = s->u;
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double* v = s->v;
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if (commIsBoundary(&s->comm, TOP)) {
|
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switch (s->bcTop) {
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case NOSLIP:
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for (int i = 1; i < imaxLocal + 1; i++) {
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V(i, jmaxLocal) = 0.0;
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|
U(i, jmaxLocal + 1) = -U(i, jmaxLocal);
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}
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break;
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case SLIP:
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for (int i = 1; i < imaxLocal + 1; i++) {
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V(i, jmaxLocal) = 0.0;
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|
U(i, jmaxLocal + 1) = U(i, jmaxLocal);
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}
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break;
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|
case OUTFLOW:
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|
for (int i = 1; i < imaxLocal + 1; i++) {
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U(i, jmaxLocal + 1) = U(i, jmaxLocal);
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|
V(i, jmaxLocal) = V(i, jmaxLocal - 1);
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}
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break;
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case PERIODIC:
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break;
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}
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}
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if (commIsBoundary(&s->comm, BOTTOM)) {
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switch (s->bcBottom) {
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case NOSLIP:
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for (int i = 1; i < imaxLocal + 1; i++) {
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V(i, 0) = 0.0;
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U(i, 0) = -U(i, 1);
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}
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|
break;
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case SLIP:
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for (int i = 1; i < imaxLocal + 1; i++) {
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|
V(i, 0) = 0.0;
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|
U(i, 0) = U(i, 1);
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|
}
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break;
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case OUTFLOW:
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|
for (int i = 1; i < imaxLocal + 1; i++) {
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|
U(i, 0) = U(i, 1);
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|
V(i, 0) = V(i, 1);
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}
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break;
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case PERIODIC:
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break;
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}
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}
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if (commIsBoundary(&s->comm, RIGHT)) {
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switch (s->bcRight) {
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case NOSLIP:
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for (int j = 1; j < jmaxLocal + 1; j++) {
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U(imaxLocal, j) = 0.0;
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|
V(imaxLocal + 1, j) = -V(imaxLocal, j);
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|
}
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break;
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|
case SLIP:
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for (int j = 1; j < jmaxLocal + 1; j++) {
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|
U(imaxLocal, j) = 0.0;
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|
V(imaxLocal + 1, j) = V(imaxLocal, j);
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|
}
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|
break;
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|
case OUTFLOW:
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|
for (int j = 1; j < jmaxLocal + 1; j++) {
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|
U(imaxLocal, j) = U(imaxLocal - 1, j);
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|
V(imaxLocal + 1, j) = V(imaxLocal, j);
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|
}
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|
break;
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case PERIODIC:
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break;
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}
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}
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if (commIsBoundary(&s->comm, LEFT)) {
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switch (s->bcLeft) {
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case NOSLIP:
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for (int j = 1; j < jmaxLocal + 1; j++) {
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U(0, j) = 0.0;
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V(0, j) = -V(1, j);
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}
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break;
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case SLIP:
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for (int j = 1; j < jmaxLocal + 1; j++) {
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|
U(0, j) = 0.0;
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|
V(0, j) = V(1, j);
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|
}
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|
break;
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|
case OUTFLOW:
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|
for (int j = 1; j < jmaxLocal + 1; j++) {
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|
U(0, j) = U(1, j);
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|
V(0, j) = V(1, j);
|
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|
}
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|
break;
|
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|
case PERIODIC:
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|
break;
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}
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}
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|
}
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void setSpecialBoundaryCondition(Discretization* s)
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{
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int imaxLocal = s->comm.imaxLocal;
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int jmaxLocal = s->comm.jmaxLocal;
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double* u = s->u;
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|
if (strcmp(s->problem, "dcavity") == 0) {
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if (commIsBoundary(&s->comm, TOP)) {
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|
for (int i = 1; i < imaxLocal + 1; i++) {
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U(i, jmaxLocal + 1) = 2.0 - U(i, jmaxLocal);
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|
}
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||||||
|
}
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|
} else if (strcmp(s->problem, "canal") == 0) {
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if (commIsBoundary(&s->comm, LEFT)) {
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double ylength = s->grid.ylength;
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double dy = s->grid.dy;
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int rest = s->grid.jmax % s->comm.size;
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int yc = s->comm.rank * (s->grid.jmax / s->comm.size) +
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|
MIN(rest, s->comm.rank);
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double ys = dy * (yc + 0.5);
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double y;
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|
/* printf("RANK %d yc: %d ys: %f\n", solver->rank, yc, ys); */
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for (int j = 1; j < jmaxLocal + 1; j++) {
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|
y = ys + dy * (j - 0.5);
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|
U(0, j) = y * (ylength - y) * 4.0 / (ylength * ylength);
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}
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|
}
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|
}
|
||||||
|
/* print(solver, solver->u); */
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|
}
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|
void computeFG(Discretization* s)
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{
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double* u = s->u;
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double* v = s->v;
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double* f = s->f;
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double* g = s->g;
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||||||
|
|
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|
int imaxLocal = s->comm.imaxLocal;
|
||||||
|
int jmaxLocal = s->comm.jmaxLocal;
|
||||||
|
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||||||
|
double gx = s->gx;
|
||||||
|
double gy = s->gy;
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||||||
|
double gamma = s->gamma;
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||||||
|
double dt = s->dt;
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||||||
|
double inverseRe = 1.0 / s->re;
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||||||
|
double inverseDx = 1.0 / s->grid.dx;
|
||||||
|
double inverseDy = 1.0 / s->grid.dy;
|
||||||
|
double du2dx, dv2dy, duvdx, duvdy;
|
||||||
|
double du2dx2, du2dy2, dv2dx2, dv2dy2;
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||||||
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||||||
|
commExchange(&s->comm, u);
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|
commExchange(&s->comm, v);
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|
|
||||||
|
for (int j = 1; j < jmaxLocal + 1; j++) {
|
||||||
|
for (int i = 1; i < imaxLocal + 1; i++) {
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||||||
|
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 --------------------------- */
|
||||||
|
if (commIsBoundary(&s->comm, LEFT)) {
|
||||||
|
for (int j = 1; j < jmaxLocal + 1; j++) {
|
||||||
|
F(0, j) = U(0, j);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
if (commIsBoundary(&s->comm, RIGHT)) {
|
||||||
|
for (int j = 1; j < jmaxLocal + 1; j++) {
|
||||||
|
F(imaxLocal, j) = U(imaxLocal, j);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
/* ----------------------------- boundary of G --------------------------- */
|
||||||
|
if (commIsBoundary(&s->comm, BOTTOM)) {
|
||||||
|
for (int i = 1; i < imaxLocal + 1; i++) {
|
||||||
|
G(i, 0) = V(i, 0);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
if (commIsBoundary(&s->comm, TOP)) {
|
||||||
|
for (int i = 1; i < imaxLocal + 1; i++) {
|
||||||
|
G(i, jmaxLocal) = V(i, jmaxLocal);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
void adaptUV(Discretization* s)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
int imaxLocal = s->comm.imaxLocal;
|
||||||
|
int jmaxLocal = s->comm.jmaxLocal;
|
||||||
|
|
||||||
|
double* p = s->p;
|
||||||
|
double* u = s->u;
|
||||||
|
double* v = s->v;
|
||||||
|
double* f = s->f;
|
||||||
|
double* g = s->g;
|
||||||
|
|
||||||
|
double factorX = s->dt / s->grid.dx;
|
||||||
|
double factorY = s->dt / s->grid.dy;
|
||||||
|
|
||||||
|
for (int j = 1; j < jmaxLocal + 1; j++) {
|
||||||
|
for (int i = 1; i < imaxLocal + 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* s, double* u, double* v, double* p)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
int imax = s->grid.imax;
|
||||||
|
int jmax = s->grid.jmax;
|
||||||
|
double dx = s->grid.dx;
|
||||||
|
double dy = s->grid.dy;
|
||||||
|
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; j++) {
|
||||||
|
y = (double)(j - 0.5) * dy;
|
||||||
|
for (int i = 1; i <= imax; i++) {
|
||||||
|
x = (double)(i - 0.5) * dx;
|
||||||
|
fprintf(fp, "%.2f %.2f %f\n", x, y, p[j * (imax + 2) + i]);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
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; j++) {
|
||||||
|
y = dy * (j - 0.5);
|
||||||
|
for (int i = 1; i <= imax; i++) {
|
||||||
|
x = dx * (i - 0.5);
|
||||||
|
double velU = (u[j * (imax + 2) + i] + u[j * (imax + 2) + (i - 1)]) / 2.0;
|
||||||
|
double velV = (v[j * (imax + 2) + i] + v[(j - 1) * (imax + 2) + i]) / 2.0;
|
||||||
|
double len = sqrt((velU * velU) + (velV * velV));
|
||||||
|
fprintf(fp, "%.2f %.2f %f %f %f\n", x, y, velU, velV, len);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
fclose(fp);
|
||||||
|
}
|
43
BasicSolver/2D-mpi/src/discretization.h
Normal file
43
BasicSolver/2D-mpi/src/discretization.h
Normal file
@ -0,0 +1,43 @@
|
|||||||
|
/*
|
||||||
|
* 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 "comm.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;
|
||||||
|
/* communication */
|
||||||
|
Comm comm;
|
||||||
|
} Discretization;
|
||||||
|
|
||||||
|
void initDiscretiztion(Discretization*, Parameter*);
|
||||||
|
void computeRHS(Discretization*);
|
||||||
|
void normalizePressure(Discretization*);
|
||||||
|
void computeTimestep(Discretization*);
|
||||||
|
void setBoundaryConditions(Discretization*);
|
||||||
|
void setSpecialBoundaryCondition(Discretization*);
|
||||||
|
void computeFG(Discretization*);
|
||||||
|
void adaptUV(Discretization*);
|
||||||
|
void writeResult(Discretization* s, double* u, double* v, double* p);
|
||||||
|
#endif
|
16
BasicSolver/2D-mpi/src/grid.h
Normal file
16
BasicSolver/2D-mpi/src/grid.h
Normal file
@ -0,0 +1,16 @@
|
|||||||
|
/*
|
||||||
|
* 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 __GRID_H_
|
||||||
|
#define __GRID_H_
|
||||||
|
|
||||||
|
typedef struct {
|
||||||
|
double dx, dy;
|
||||||
|
int imax, jmax;
|
||||||
|
double xlength, ylength;
|
||||||
|
} Grid;
|
||||||
|
|
||||||
|
#endif // __GRID_H_
|
@ -10,21 +10,22 @@
|
|||||||
|
|
||||||
#include "allocate.h"
|
#include "allocate.h"
|
||||||
#include "comm.h"
|
#include "comm.h"
|
||||||
|
#include "discretization.h"
|
||||||
#include "parameter.h"
|
#include "parameter.h"
|
||||||
#include "progress.h"
|
#include "progress.h"
|
||||||
#include "solver.h"
|
#include "solver.h"
|
||||||
#include "timing.h"
|
#include "timing.h"
|
||||||
|
|
||||||
static void writeResults(Solver* s)
|
static void writeResults(Discretization* s)
|
||||||
{
|
{
|
||||||
#ifdef _MPI
|
#ifdef _MPI
|
||||||
size_t bytesize = (s->imax + 2) * (s->jmax + 2) * sizeof(double);
|
size_t bytesize = (s->grid.imax + 2) * (s->grid.jmax + 2) * sizeof(double);
|
||||||
|
|
||||||
double* ug = allocate(64, bytesize);
|
double* ug = allocate(64, bytesize);
|
||||||
double* vg = allocate(64, bytesize);
|
double* vg = allocate(64, bytesize);
|
||||||
double* pg = allocate(64, bytesize);
|
double* pg = allocate(64, bytesize);
|
||||||
|
|
||||||
commCollectResult(&s->comm, ug, vg, pg, s->u, s->v, s->p, s->imax, s->jmax);
|
commCollectResult(&s->comm, ug, vg, pg, s->u, s->v, s->p, s->grid.imax, s->grid.jmax);
|
||||||
writeResult(s, ug, vg, pg);
|
writeResult(s, ug, vg, pg);
|
||||||
|
|
||||||
free(ug);
|
free(ug);
|
||||||
@ -40,9 +41,10 @@ int main(int argc, char** argv)
|
|||||||
int rank;
|
int rank;
|
||||||
double timeStart, timeStop;
|
double timeStart, timeStop;
|
||||||
Parameter p;
|
Parameter p;
|
||||||
|
Discretization d;
|
||||||
Solver s;
|
Solver s;
|
||||||
|
|
||||||
commInit(&s.comm, argc, argv);
|
commInit(&d.comm, argc, argv);
|
||||||
initParameter(&p);
|
initParameter(&p);
|
||||||
|
|
||||||
if (argc != 2) {
|
if (argc != 2) {
|
||||||
@ -51,44 +53,45 @@ int main(int argc, char** argv)
|
|||||||
}
|
}
|
||||||
|
|
||||||
readParameter(&p, argv[1]);
|
readParameter(&p, argv[1]);
|
||||||
commPartition(&s.comm, p.jmax, p.imax);
|
commPartition(&d.comm, p.jmax, p.imax);
|
||||||
if (commIsMaster(&s.comm)) {
|
if (commIsMaster(&d.comm)) {
|
||||||
printParameter(&p);
|
printParameter(&p);
|
||||||
}
|
}
|
||||||
|
|
||||||
initSolver(&s, &p);
|
initDiscretiztion(&d, &p);
|
||||||
|
initSolver(&s, &d, &p);
|
||||||
#ifdef TEST
|
#ifdef TEST
|
||||||
commPrintConfig(&s.comm);
|
commPrintConfig(&d.comm);
|
||||||
commTestInit(&s.comm, s.p, s.f, s.g);
|
commTestInit(&d.comm, d.p, d.f, d.g);
|
||||||
commExchange(&s.comm, s.p);
|
commExchange(&d.comm, d.p);
|
||||||
commShift(&s.comm, s.f, s.g);
|
commShift(&d.comm, d.f, d.g);
|
||||||
commTestWrite(&s.comm, s.p, s.f, s.g);
|
commTestWrite(&d.comm, d.p, d.f, d.g);
|
||||||
writeResults(&s);
|
writeResults(&d);
|
||||||
commFinalize(&s.comm);
|
commFinalize(&d.comm);
|
||||||
exit(EXIT_SUCCESS);
|
exit(EXIT_SUCCESS);
|
||||||
#endif
|
#endif
|
||||||
#ifndef VERBOSE
|
#ifndef VERBOSE
|
||||||
initProgress(s.te);
|
initProgress(d.te);
|
||||||
#endif
|
#endif
|
||||||
|
|
||||||
double tau = s.tau;
|
double tau = d.tau;
|
||||||
double te = s.te;
|
double te = d.te;
|
||||||
double t = 0.0;
|
double t = 0.0;
|
||||||
|
|
||||||
timeStart = getTimeStamp();
|
timeStart = getTimeStamp();
|
||||||
while (t <= te) {
|
while (t <= te) {
|
||||||
if (tau > 0.0) computeTimestep(&s);
|
if (tau > 0.0) computeTimestep(&d);
|
||||||
setBoundaryConditions(&s);
|
setBoundaryConditions(&d);
|
||||||
setSpecialBoundaryCondition(&s);
|
setSpecialBoundaryCondition(&d);
|
||||||
computeFG(&s);
|
computeFG(&d);
|
||||||
computeRHS(&s);
|
computeRHS(&d);
|
||||||
solve(&s);
|
solve(&s, d.p, d.rhs);
|
||||||
adaptUV(&s);
|
adaptUV(&d);
|
||||||
t += s.dt;
|
t += d.dt;
|
||||||
|
|
||||||
#ifdef VERBOSE
|
#ifdef VERBOSE
|
||||||
if (commIsMaster(&s.comm)) {
|
if (commIsMaster(s.comm)) {
|
||||||
printf("TIME %f , TIMESTEP %f\n", t, s.dt);
|
printf("TIME %f , TIMESTEP %f\n", t, d.dt);
|
||||||
}
|
}
|
||||||
#else
|
#else
|
||||||
printProgress(t);
|
printProgress(t);
|
||||||
@ -98,11 +101,11 @@ int main(int argc, char** argv)
|
|||||||
#ifndef VERBOSE
|
#ifndef VERBOSE
|
||||||
stopProgress();
|
stopProgress();
|
||||||
#endif
|
#endif
|
||||||
if (commIsMaster(&s.comm)) {
|
if (commIsMaster(s.comm)) {
|
||||||
printf("Solution took %.2fs\n", timeStop - timeStart);
|
printf("Solution took %.2fs\n", timeStop - timeStart);
|
||||||
}
|
}
|
||||||
|
|
||||||
writeResults(&s);
|
writeResults(&d);
|
||||||
commFinalize(&s.comm);
|
commFinalize(s.comm);
|
||||||
return EXIT_SUCCESS;
|
return EXIT_SUCCESS;
|
||||||
}
|
}
|
||||||
|
@ -4,144 +4,38 @@
|
|||||||
* 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 <math.h>
|
#include <math.h>
|
||||||
#include <stdio.h>
|
#include <stdio.h>
|
||||||
#include <stdlib.h>
|
|
||||||
#include <string.h>
|
|
||||||
|
|
||||||
#include "allocate.h"
|
#include "allocate.h"
|
||||||
#include "comm.h"
|
#include "comm.h"
|
||||||
|
#include "discretization.h"
|
||||||
#include "parameter.h"
|
#include "parameter.h"
|
||||||
#include "solver.h"
|
#include "solver.h"
|
||||||
#include "util.h"
|
#include "util.h"
|
||||||
|
|
||||||
#define P(i, j) p[(j) * (imaxLocal + 2) + (i)]
|
void initSolver(Solver* s, Discretization* d, Parameter* p)
|
||||||
#define F(i, j) f[(j) * (imaxLocal + 2) + (i)]
|
|
||||||
#define G(i, j) g[(j) * (imaxLocal + 2) + (i)]
|
|
||||||
#define U(i, j) u[(j) * (imaxLocal + 2) + (i)]
|
|
||||||
#define V(i, j) v[(j) * (imaxLocal + 2) + (i)]
|
|
||||||
#define RHS(i, j) rhs[(j) * (imaxLocal + 2) + (i)]
|
|
||||||
|
|
||||||
static void printConfig(Solver* s)
|
|
||||||
{
|
{
|
||||||
if (commIsMaster(&s->comm)) {
|
s->grid = &d->grid;
|
||||||
printf("Parameters for #%s#\n", s->problem);
|
s->eps = p->eps;
|
||||||
printf("BC Left:%d Right:%d Bottom:%d Top:%d\n",
|
s->omega = p->omg;
|
||||||
s->bcLeft,
|
s->itermax = p->itermax;
|
||||||
s->bcRight,
|
s->comm = &d->comm;
|
||||||
s->bcBottom,
|
|
||||||
s->bcTop);
|
|
||||||
printf("\tReynolds number: %.2f\n", s->re);
|
|
||||||
printf("\tGx Gy: %.2f %.2f\n", s->gx, s->gy);
|
|
||||||
printf("Geometry data:\n");
|
|
||||||
printf("\tDomain box size (x, y): %.2f, %.2f\n", s->xlength, s->ylength);
|
|
||||||
printf("\tCells (x, y): %d, %d\n", s->imax, s->jmax);
|
|
||||||
printf("\tCell size (dx, dy): %f, %f\n", s->dx, s->dy);
|
|
||||||
printf("Timestep parameters:\n");
|
|
||||||
printf("\tDefault stepsize: %.2f, Final time %.2f\n", s->dt, s->te);
|
|
||||||
printf("\tdt bound: %.6f\n", s->dtBound);
|
|
||||||
printf("\tTau factor: %.2f\n", s->tau);
|
|
||||||
printf("Iterative s parameters:\n");
|
|
||||||
printf("\tMax iterations: %d\n", s->itermax);
|
|
||||||
printf("\tepsilon (stopping tolerance) : %f\n", s->eps);
|
|
||||||
printf("\tgamma factor: %f\n", s->gamma);
|
|
||||||
printf("\tomega (SOR relaxation): %f\n", s->omega);
|
|
||||||
}
|
|
||||||
commPrintConfig(&s->comm);
|
|
||||||
}
|
}
|
||||||
|
|
||||||
void initSolver(Solver* s, Parameter* params)
|
void solve(Solver* s, double* p, double* rhs)
|
||||||
{
|
{
|
||||||
s->problem = params->name;
|
int imax = s->grid->imax;
|
||||||
s->bcLeft = params->bcLeft;
|
int jmax = s->grid->jmax;
|
||||||
s->bcRight = params->bcRight;
|
int imaxLocal = s->comm->imaxLocal;
|
||||||
s->bcBottom = params->bcBottom;
|
int jmaxLocal = s->comm->jmaxLocal;
|
||||||
s->bcTop = params->bcTop;
|
|
||||||
s->imax = params->imax;
|
|
||||||
s->jmax = params->jmax;
|
|
||||||
s->xlength = params->xlength;
|
|
||||||
s->ylength = params->ylength;
|
|
||||||
s->dx = params->xlength / params->imax;
|
|
||||||
s->dy = params->ylength / params->jmax;
|
|
||||||
s->eps = params->eps;
|
|
||||||
s->omega = params->omg;
|
|
||||||
s->itermax = params->itermax;
|
|
||||||
s->re = params->re;
|
|
||||||
s->gx = params->gx;
|
|
||||||
s->gy = params->gy;
|
|
||||||
s->dt = params->dt;
|
|
||||||
s->te = params->te;
|
|
||||||
s->tau = params->tau;
|
|
||||||
s->gamma = params->gamma;
|
|
||||||
|
|
||||||
/* allocate arrays */
|
|
||||||
int imaxLocal = s->comm.imaxLocal;
|
|
||||||
int jmaxLocal = s->comm.jmaxLocal;
|
|
||||||
size_t size = (imaxLocal + 2) * (jmaxLocal + 2);
|
|
||||||
|
|
||||||
s->u = allocate(64, size * sizeof(double));
|
|
||||||
s->v = allocate(64, size * sizeof(double));
|
|
||||||
s->p = allocate(64, size * sizeof(double));
|
|
||||||
s->rhs = allocate(64, size * sizeof(double));
|
|
||||||
s->f = allocate(64, size * sizeof(double));
|
|
||||||
s->g = allocate(64, size * sizeof(double));
|
|
||||||
|
|
||||||
for (int i = 0; i < size; i++) {
|
|
||||||
s->u[i] = params->u_init;
|
|
||||||
s->v[i] = params->v_init;
|
|
||||||
s->p[i] = params->p_init;
|
|
||||||
s->rhs[i] = 0.0;
|
|
||||||
s->f[i] = 0.0;
|
|
||||||
s->g[i] = 0.0;
|
|
||||||
}
|
|
||||||
|
|
||||||
double dx = s->dx;
|
|
||||||
double dy = s->dy;
|
|
||||||
|
|
||||||
double invSqrSum = 1.0 / (dx * dx) + 1.0 / (dy * dy);
|
|
||||||
s->dtBound = 0.5 * s->re * 1.0 / invSqrSum;
|
|
||||||
#ifdef VERBOSE
|
|
||||||
printConfig(s);
|
|
||||||
#endif
|
|
||||||
}
|
|
||||||
|
|
||||||
void computeRHS(Solver* s)
|
|
||||||
{
|
|
||||||
int imaxLocal = s->comm.imaxLocal;
|
|
||||||
int jmaxLocal = s->comm.jmaxLocal;
|
|
||||||
double idx = 1.0 / s->dx;
|
|
||||||
double idy = 1.0 / s->dy;
|
|
||||||
double idt = 1.0 / s->dt;
|
|
||||||
double* rhs = s->rhs;
|
|
||||||
double* f = s->f;
|
|
||||||
double* g = s->g;
|
|
||||||
|
|
||||||
commShift(&s->comm, f, g);
|
|
||||||
|
|
||||||
for (int j = 1; j < jmaxLocal + 1; j++) {
|
|
||||||
for (int i = 1; i < imaxLocal + 1; i++) {
|
|
||||||
RHS(i, j) = ((F(i, j) - F(i - 1, j)) * idx + (G(i, j) - G(i, j - 1)) * idy) *
|
|
||||||
idt;
|
|
||||||
}
|
|
||||||
}
|
|
||||||
}
|
|
||||||
|
|
||||||
void solve(Solver* s)
|
|
||||||
{
|
|
||||||
int imax = s->imax;
|
|
||||||
int jmax = s->jmax;
|
|
||||||
int imaxLocal = s->comm.imaxLocal;
|
|
||||||
int jmaxLocal = s->comm.jmaxLocal;
|
|
||||||
double eps = s->eps;
|
double eps = s->eps;
|
||||||
int itermax = s->itermax;
|
int itermax = s->itermax;
|
||||||
double dx2 = s->dx * s->dx;
|
double dx2 = s->grid->dx * s->grid->dx;
|
||||||
double dy2 = s->dy * s->dy;
|
double dy2 = s->grid->dy * s->grid->dy;
|
||||||
double idx2 = 1.0 / dx2;
|
double idx2 = 1.0 / dx2;
|
||||||
double idy2 = 1.0 / dy2;
|
double idy2 = 1.0 / dy2;
|
||||||
double factor = s->omega * 0.5 * (dx2 * dy2) / (dx2 + dy2);
|
double factor = s->omega * 0.5 * (dx2 * dy2) / (dx2 + dy2);
|
||||||
double* p = s->p;
|
|
||||||
double* rhs = s->rhs;
|
|
||||||
double epssq = eps * eps;
|
double epssq = eps * eps;
|
||||||
int pass, jsw, isw;
|
int pass, jsw, isw;
|
||||||
int it = 0;
|
int it = 0;
|
||||||
@ -151,7 +45,7 @@ void solve(Solver* s)
|
|||||||
jsw = 1;
|
jsw = 1;
|
||||||
for (pass = 0; pass < 2; pass++) {
|
for (pass = 0; pass < 2; pass++) {
|
||||||
isw = jsw;
|
isw = jsw;
|
||||||
commExchange(&s->comm, p);
|
commExchange(s->comm, p);
|
||||||
|
|
||||||
for (int j = 1; j < jmaxLocal + 1; j++) {
|
for (int j = 1; j < jmaxLocal + 1; j++) {
|
||||||
for (int i = isw; i < imaxLocal + 1; i += 2) {
|
for (int i = isw; i < imaxLocal + 1; i += 2) {
|
||||||
@ -168,25 +62,25 @@ void solve(Solver* s)
|
|||||||
jsw = 3 - jsw;
|
jsw = 3 - jsw;
|
||||||
}
|
}
|
||||||
|
|
||||||
if (commIsBoundary(&s->comm, BOTTOM)) { // set bottom bc
|
if (commIsBoundary(s->comm, BOTTOM)) { // set bottom bc
|
||||||
for (int i = 1; i < imaxLocal + 1; i++) {
|
for (int i = 1; i < imaxLocal + 1; i++) {
|
||||||
P(i, 0) = P(i, 1);
|
P(i, 0) = P(i, 1);
|
||||||
}
|
}
|
||||||
}
|
}
|
||||||
|
|
||||||
if (commIsBoundary(&s->comm, TOP)) { // set top bc
|
if (commIsBoundary(s->comm, TOP)) { // set top bc
|
||||||
for (int i = 1; i < imaxLocal + 1; i++) {
|
for (int i = 1; i < imaxLocal + 1; i++) {
|
||||||
P(i, jmaxLocal + 1) = P(i, jmaxLocal);
|
P(i, jmaxLocal + 1) = P(i, jmaxLocal);
|
||||||
}
|
}
|
||||||
}
|
}
|
||||||
|
|
||||||
if (commIsBoundary(&s->comm, LEFT)) { // set left bc
|
if (commIsBoundary(s->comm, LEFT)) { // set left bc
|
||||||
for (int j = 1; j < jmaxLocal + 1; j++) {
|
for (int j = 1; j < jmaxLocal + 1; j++) {
|
||||||
P(0, j) = P(1, j);
|
P(0, j) = P(1, j);
|
||||||
}
|
}
|
||||||
}
|
}
|
||||||
|
|
||||||
if (commIsBoundary(&s->comm, RIGHT)) { // set right bc
|
if (commIsBoundary(s->comm, RIGHT)) { // set right bc
|
||||||
for (int j = 1; j < jmaxLocal + 1; j++) {
|
for (int j = 1; j < jmaxLocal + 1; j++) {
|
||||||
P(imaxLocal + 1, j) = P(imaxLocal, j);
|
P(imaxLocal + 1, j) = P(imaxLocal, j);
|
||||||
}
|
}
|
||||||
@ -195,7 +89,7 @@ void solve(Solver* s)
|
|||||||
commReduction(&res, SUM);
|
commReduction(&res, SUM);
|
||||||
res = res / (double)(imax * jmax);
|
res = res / (double)(imax * jmax);
|
||||||
#ifdef DEBUG
|
#ifdef DEBUG
|
||||||
if (commIsMaster(&s->comm)) {
|
if (commIsMaster(s->comm)) {
|
||||||
printf("%d Residuum: %e\n", it, res);
|
printf("%d Residuum: %e\n", it, res);
|
||||||
}
|
}
|
||||||
#endif
|
#endif
|
||||||
@ -203,343 +97,8 @@ void solve(Solver* s)
|
|||||||
}
|
}
|
||||||
|
|
||||||
#ifdef VERBOSE
|
#ifdef VERBOSE
|
||||||
if (commIsMaster(&s->comm)) {
|
if (commIsMaster(s->comm)) {
|
||||||
printf("Solver took %d iterations to reach %f\n", it, sqrt(res));
|
printf("Solver took %d iterations to reach %f\n", it, sqrt(res));
|
||||||
}
|
}
|
||||||
#endif
|
#endif
|
||||||
}
|
}
|
||||||
|
|
||||||
static double maxElement(Solver* s, double* m)
|
|
||||||
{
|
|
||||||
int imaxLocal = s->comm.imaxLocal;
|
|
||||||
int jmaxLocal = s->comm.jmaxLocal;
|
|
||||||
int size = (imaxLocal + 2) * (jmaxLocal + 2);
|
|
||||||
double maxval = DBL_MIN;
|
|
||||||
|
|
||||||
for (int i = 0; i < size; i++) {
|
|
||||||
maxval = MAX(maxval, fabs(m[i]));
|
|
||||||
}
|
|
||||||
|
|
||||||
commReduction(&maxval, MAX);
|
|
||||||
return maxval;
|
|
||||||
}
|
|
||||||
|
|
||||||
void computeTimestep(Solver* s)
|
|
||||||
{
|
|
||||||
double dt = s->dtBound;
|
|
||||||
double dx = s->dx;
|
|
||||||
double dy = s->dy;
|
|
||||||
double umax = maxElement(s, s->u);
|
|
||||||
double vmax = maxElement(s, s->v);
|
|
||||||
|
|
||||||
if (umax > 0) {
|
|
||||||
dt = (dt > dx / umax) ? dx / umax : dt;
|
|
||||||
}
|
|
||||||
if (vmax > 0) {
|
|
||||||
dt = (dt > dy / vmax) ? dy / vmax : dt;
|
|
||||||
}
|
|
||||||
|
|
||||||
s->dt = dt * s->tau;
|
|
||||||
}
|
|
||||||
|
|
||||||
void setBoundaryConditions(Solver* s)
|
|
||||||
{
|
|
||||||
int imaxLocal = s->comm.imaxLocal;
|
|
||||||
int jmaxLocal = s->comm.jmaxLocal;
|
|
||||||
double* u = s->u;
|
|
||||||
double* v = s->v;
|
|
||||||
|
|
||||||
if (commIsBoundary(&s->comm, TOP)) {
|
|
||||||
switch (s->bcTop) {
|
|
||||||
case NOSLIP:
|
|
||||||
for (int i = 1; i < imaxLocal + 1; i++) {
|
|
||||||
V(i, jmaxLocal) = 0.0;
|
|
||||||
U(i, jmaxLocal + 1) = -U(i, jmaxLocal);
|
|
||||||
}
|
|
||||||
break;
|
|
||||||
case SLIP:
|
|
||||||
for (int i = 1; i < imaxLocal + 1; i++) {
|
|
||||||
V(i, jmaxLocal) = 0.0;
|
|
||||||
U(i, jmaxLocal + 1) = U(i, jmaxLocal);
|
|
||||||
}
|
|
||||||
break;
|
|
||||||
case OUTFLOW:
|
|
||||||
for (int i = 1; i < imaxLocal + 1; i++) {
|
|
||||||
U(i, jmaxLocal + 1) = U(i, jmaxLocal);
|
|
||||||
V(i, jmaxLocal) = V(i, jmaxLocal - 1);
|
|
||||||
}
|
|
||||||
break;
|
|
||||||
case PERIODIC:
|
|
||||||
break;
|
|
||||||
}
|
|
||||||
}
|
|
||||||
|
|
||||||
if (commIsBoundary(&s->comm, BOTTOM)) {
|
|
||||||
switch (s->bcBottom) {
|
|
||||||
case NOSLIP:
|
|
||||||
for (int i = 1; i < imaxLocal + 1; i++) {
|
|
||||||
V(i, 0) = 0.0;
|
|
||||||
U(i, 0) = -U(i, 1);
|
|
||||||
}
|
|
||||||
break;
|
|
||||||
case SLIP:
|
|
||||||
for (int i = 1; i < imaxLocal + 1; i++) {
|
|
||||||
V(i, 0) = 0.0;
|
|
||||||
U(i, 0) = U(i, 1);
|
|
||||||
}
|
|
||||||
break;
|
|
||||||
case OUTFLOW:
|
|
||||||
for (int i = 1; i < imaxLocal + 1; i++) {
|
|
||||||
U(i, 0) = U(i, 1);
|
|
||||||
V(i, 0) = V(i, 1);
|
|
||||||
}
|
|
||||||
break;
|
|
||||||
case PERIODIC:
|
|
||||||
break;
|
|
||||||
}
|
|
||||||
}
|
|
||||||
|
|
||||||
if (commIsBoundary(&s->comm, RIGHT)) {
|
|
||||||
switch (s->bcRight) {
|
|
||||||
case NOSLIP:
|
|
||||||
for (int j = 1; j < jmaxLocal + 1; j++) {
|
|
||||||
U(imaxLocal, j) = 0.0;
|
|
||||||
V(imaxLocal + 1, j) = -V(imaxLocal, j);
|
|
||||||
}
|
|
||||||
break;
|
|
||||||
case SLIP:
|
|
||||||
for (int j = 1; j < jmaxLocal + 1; j++) {
|
|
||||||
U(imaxLocal, j) = 0.0;
|
|
||||||
V(imaxLocal + 1, j) = V(imaxLocal, j);
|
|
||||||
}
|
|
||||||
break;
|
|
||||||
case OUTFLOW:
|
|
||||||
for (int j = 1; j < jmaxLocal + 1; j++) {
|
|
||||||
U(imaxLocal, j) = U(imaxLocal - 1, j);
|
|
||||||
V(imaxLocal + 1, j) = V(imaxLocal, j);
|
|
||||||
}
|
|
||||||
break;
|
|
||||||
case PERIODIC:
|
|
||||||
break;
|
|
||||||
}
|
|
||||||
}
|
|
||||||
|
|
||||||
if (commIsBoundary(&s->comm, LEFT)) {
|
|
||||||
switch (s->bcLeft) {
|
|
||||||
case NOSLIP:
|
|
||||||
for (int j = 1; j < jmaxLocal + 1; j++) {
|
|
||||||
U(0, j) = 0.0;
|
|
||||||
V(0, j) = -V(1, j);
|
|
||||||
}
|
|
||||||
break;
|
|
||||||
case SLIP:
|
|
||||||
for (int j = 1; j < jmaxLocal + 1; j++) {
|
|
||||||
U(0, j) = 0.0;
|
|
||||||
V(0, j) = V(1, j);
|
|
||||||
}
|
|
||||||
break;
|
|
||||||
case OUTFLOW:
|
|
||||||
for (int j = 1; j < jmaxLocal + 1; j++) {
|
|
||||||
U(0, j) = U(1, j);
|
|
||||||
V(0, j) = V(1, j);
|
|
||||||
}
|
|
||||||
break;
|
|
||||||
case PERIODIC:
|
|
||||||
break;
|
|
||||||
}
|
|
||||||
}
|
|
||||||
}
|
|
||||||
|
|
||||||
void setSpecialBoundaryCondition(Solver* s)
|
|
||||||
{
|
|
||||||
int imaxLocal = s->comm.imaxLocal;
|
|
||||||
int jmaxLocal = s->comm.jmaxLocal;
|
|
||||||
double* u = s->u;
|
|
||||||
|
|
||||||
if (strcmp(s->problem, "dcavity") == 0) {
|
|
||||||
if (commIsBoundary(&s->comm, TOP)) {
|
|
||||||
for (int i = 1; i < imaxLocal + 1; i++) {
|
|
||||||
U(i, jmaxLocal + 1) = 2.0 - U(i, jmaxLocal);
|
|
||||||
}
|
|
||||||
}
|
|
||||||
} else if (strcmp(s->problem, "canal") == 0) {
|
|
||||||
if (commIsBoundary(&s->comm, LEFT)) {
|
|
||||||
double ylength = s->ylength;
|
|
||||||
double dy = s->dy;
|
|
||||||
int rest = s->jmax % s->comm.size;
|
|
||||||
int yc = s->comm.rank * (s->jmax / s->comm.size) + MIN(rest, s->comm.rank);
|
|
||||||
double ys = dy * (yc + 0.5);
|
|
||||||
double y;
|
|
||||||
|
|
||||||
/* printf("RANK %d yc: %d ys: %f\n", solver->rank, yc, ys); */
|
|
||||||
|
|
||||||
for (int j = 1; j < jmaxLocal + 1; j++) {
|
|
||||||
y = ys + dy * (j - 0.5);
|
|
||||||
U(0, j) = y * (ylength - y) * 4.0 / (ylength * ylength);
|
|
||||||
}
|
|
||||||
}
|
|
||||||
}
|
|
||||||
/* print(solver, solver->u); */
|
|
||||||
}
|
|
||||||
|
|
||||||
void computeFG(Solver* s)
|
|
||||||
{
|
|
||||||
double* u = s->u;
|
|
||||||
double* v = s->v;
|
|
||||||
double* f = s->f;
|
|
||||||
double* g = s->g;
|
|
||||||
|
|
||||||
int imaxLocal = s->comm.imaxLocal;
|
|
||||||
int jmaxLocal = s->comm.jmaxLocal;
|
|
||||||
|
|
||||||
double gx = s->gx;
|
|
||||||
double gy = s->gy;
|
|
||||||
double gamma = s->gamma;
|
|
||||||
double dt = s->dt;
|
|
||||||
double inverseRe = 1.0 / s->re;
|
|
||||||
double inverseDx = 1.0 / s->dx;
|
|
||||||
double inverseDy = 1.0 / s->dy;
|
|
||||||
double du2dx, dv2dy, duvdx, duvdy;
|
|
||||||
double du2dx2, du2dy2, dv2dx2, dv2dy2;
|
|
||||||
|
|
||||||
commExchange(&s->comm, u);
|
|
||||||
commExchange(&s->comm, v);
|
|
||||||
|
|
||||||
for (int j = 1; j < jmaxLocal + 1; j++) {
|
|
||||||
for (int i = 1; i < imaxLocal + 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 --------------------------- */
|
|
||||||
if (commIsBoundary(&s->comm, LEFT)) {
|
|
||||||
for (int j = 1; j < jmaxLocal + 1; j++) {
|
|
||||||
F(0, j) = U(0, j);
|
|
||||||
}
|
|
||||||
}
|
|
||||||
|
|
||||||
if (commIsBoundary(&s->comm, RIGHT)) {
|
|
||||||
for (int j = 1; j < jmaxLocal + 1; j++) {
|
|
||||||
F(imaxLocal, j) = U(imaxLocal, j);
|
|
||||||
}
|
|
||||||
}
|
|
||||||
|
|
||||||
/* ----------------------------- boundary of G --------------------------- */
|
|
||||||
if (commIsBoundary(&s->comm, BOTTOM)) {
|
|
||||||
for (int i = 1; i < imaxLocal + 1; i++) {
|
|
||||||
G(i, 0) = V(i, 0);
|
|
||||||
}
|
|
||||||
}
|
|
||||||
|
|
||||||
if (commIsBoundary(&s->comm, TOP)) {
|
|
||||||
for (int i = 1; i < imaxLocal + 1; i++) {
|
|
||||||
G(i, jmaxLocal) = V(i, jmaxLocal);
|
|
||||||
}
|
|
||||||
}
|
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||||||
}
|
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||||||
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||||||
void adaptUV(Solver* s)
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||||||
{
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int imaxLocal = s->comm.imaxLocal;
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||||||
int jmaxLocal = s->comm.jmaxLocal;
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|
||||||
|
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||||||
double* p = s->p;
|
|
||||||
double* u = s->u;
|
|
||||||
double* v = s->v;
|
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||||||
double* f = s->f;
|
|
||||||
double* g = s->g;
|
|
||||||
|
|
||||||
double factorX = s->dt / s->dx;
|
|
||||||
double factorY = s->dt / s->dy;
|
|
||||||
|
|
||||||
for (int j = 1; j < jmaxLocal + 1; j++) {
|
|
||||||
for (int i = 1; i < imaxLocal + 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(Solver* s, double* u, double* v, double* p)
|
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||||||
{
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||||||
int imax = s->imax;
|
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||||||
int jmax = s->jmax;
|
|
||||||
double dx = s->dx;
|
|
||||||
double dy = s->dy;
|
|
||||||
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; j++) {
|
|
||||||
y = (double)(j - 0.5) * dy;
|
|
||||||
for (int i = 1; i <= imax; i++) {
|
|
||||||
x = (double)(i - 0.5) * dx;
|
|
||||||
fprintf(fp, "%.2f %.2f %f\n", x, y, p[j * (imax + 2) + i]);
|
|
||||||
}
|
|
||||||
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; j++) {
|
|
||||||
y = dy * (j - 0.5);
|
|
||||||
for (int i = 1; i <= imax; i++) {
|
|
||||||
x = dx * (i - 0.5);
|
|
||||||
double velU = (u[j * (imax + 2) + i] + u[j * (imax + 2) + (i - 1)]) / 2.0;
|
|
||||||
double velV = (v[j * (imax + 2) + i] + v[(j - 1) * (imax + 2) + i]) / 2.0;
|
|
||||||
double len = sqrt((velU * velU) + (velV * velV));
|
|
||||||
fprintf(fp, "%.2f %.2f %f %f %f\n", x, y, velU, velV, len);
|
|
||||||
}
|
|
||||||
}
|
|
||||||
|
|
||||||
fclose(fp);
|
|
||||||
}
|
|
||||||
|
@ -7,41 +7,20 @@
|
|||||||
#ifndef __SOLVER_H_
|
#ifndef __SOLVER_H_
|
||||||
#define __SOLVER_H_
|
#define __SOLVER_H_
|
||||||
#include "comm.h"
|
#include "comm.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;
|
||||||
double re, tau, gamma;
|
|
||||||
double gx, gy;
|
|
||||||
/* time stepping */
|
|
||||||
int itermax;
|
int itermax;
|
||||||
double dt, te;
|
|
||||||
double dtBound;
|
|
||||||
char* problem;
|
|
||||||
int bcLeft, bcRight, bcBottom, bcTop;
|
|
||||||
/* communication */
|
/* communication */
|
||||||
Comm comm;
|
Comm* comm;
|
||||||
} Solver;
|
} Solver;
|
||||||
|
|
||||||
void initSolver(Solver*, Parameter*);
|
void initSolver(Solver*, Discretization*, Parameter*);
|
||||||
void computeRHS(Solver*);
|
void solve(Solver*, double*, double*);
|
||||||
void solve(Solver*);
|
|
||||||
void normalizePressure(Solver*);
|
|
||||||
void computeTimestep(Solver*);
|
|
||||||
void setBoundaryConditions(Solver*);
|
|
||||||
void setSpecialBoundaryCondition(Solver*);
|
|
||||||
void computeFG(Solver*);
|
|
||||||
void adaptUV(Solver*);
|
|
||||||
void writeResult(Solver* s, double* u, double* v, double* p);
|
|
||||||
#endif
|
#endif
|
||||||
|
@ -19,4 +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 F(i, j) f[(j) * (imaxLocal + 2) + (i)]
|
||||||
|
#define G(i, j) g[(j) * (imaxLocal + 2) + (i)]
|
||||||
|
#define U(i, j) u[(j) * (imaxLocal + 2) + (i)]
|
||||||
|
#define V(i, j) v[(j) * (imaxLocal + 2) + (i)]
|
||||||
|
#define RHS(i, j) rhs[(j) * (imaxLocal + 2) + (i)]
|
||||||
|
|
||||||
#endif // __UTIL_H_
|
#endif // __UTIL_H_
|
||||||
|
16
BasicSolver/2D-seq/src/grid.h
Normal file
16
BasicSolver/2D-seq/src/grid.h
Normal file
@ -0,0 +1,16 @@
|
|||||||
|
/*
|
||||||
|
* 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 __GRID_H_
|
||||||
|
#define __GRID_H_
|
||||||
|
|
||||||
|
typedef struct {
|
||||||
|
double dx, dy;
|
||||||
|
int imax, jmax;
|
||||||
|
double xlength, ylength;
|
||||||
|
} Grid;
|
||||||
|
|
||||||
|
#endif // __GRID_H_
|
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