CoreFlows/Models/inc/SinglePhase.hxx

   1 //============================================================================
   2 /**
   3  * \file DriftModel.hxx
   4  * \author Michael NDJINGA, Kieu Nguyen
   5  * \version 1.0
   6  * \date 01 janv. 2016
   7  * \brief The compressible Navier-Stokes equations
   8  * */
   9 //============================================================================
  10
  11 /*! \class SinglePhase SinglePhase.hxx "SinglePhase.hxx"
  12  *  \brief The compressible Navier-Stokes equations
  13  *  \details The model consists in one mass, one momentum and one energy equation, see \ref NSModelsPage for more details
  14  */
  15 #ifndef SINGLEPHASE_HXX_
  16 #define SINGLEPHASE_HXX_
  17
  18 #include "ProblemFluid.hxx"
  19
  20 class SinglePhase : public ProblemFluid{
  21 public :
  22         /** \fn SinglePhase
  23          * \brief Constructor for the Navier-Stokes system
  24          * \param [in] phaseType : \ref Liquid or \ref Gas
  25          * \param [in] pressureEstimate : \ref around1bar or \ref around155bars
  26          * \param [in] int : mesh dimension
  27          * \param [in] bool : There are two possible equations of state for the fluid
  28          *  */
  29         SinglePhase(phaseType fluid, pressureEstimate pEstimate,int dim,bool useDellacherieEOS=false);
  30
  31         /** \fn setViscosity
  32          * \brief sets the viscosity
  33          * @param viscosite : value of the dynamic viscosity
  34          *       * */
  35         void setViscosityConstant( double viscosite ){
  36                 _fluides[0]->setViscosity(viscosite);
  37         };
  38
  39         //! system initialisation
  40         void initialize();
  41
  42         //fonctions d'echange de flux
  43         //      void getOutputField(const Vec &Flux, const string Champ, const int numBord)=0;//, PetscInt *indices_Flux, PetscInt *indices_Bord, const long range)=0;
  44         //      double trace(const int &numBord, Vec &out)=0;
  45         void testConservation();
  46
  47         void save();
  48
  49         /** \fn setIntletBoundaryCondition
  50          * \brief adds a new boundary condition of type Inlet
  51          * \details
  52          * \param [in] string : the name of the boundary
  53          * \param [in] double : the value of the temperature at the boundary
  54          * \param [in] double : the value of the x component of the velocity at the boundary
  55          * \param [in] double : the value of the y component of the velocity at the boundary
  56          * \param [in] double : the value of the z component of the velocity at the boundary
  57          * \param [out] void
  58          *  */
  59         void setInletBoundaryCondition(string groupName,double Temperature,double v_x=0, double v_y=0, double v_z=0){
  60                 _limitField[groupName]=LimitField(Inlet,-1,vector<double>(1,v_x),vector<double>(1,v_y),vector<double>(1,v_z),Temperature,-1,-1,-1);
  61         };
  62         /** \fn setIntletRotationBoundaryCondition
  63          * \brief adds a new boundary condition of type InletRotationVelocity
  64          * \details
  65          * \param [in] string : the name of the boundary
  66          * \param [in] double : the value of the temperature at the boundary
  67          * \param [in] double : the components of the rotational of the inlet velocity
  68          * \param [out] void
  69          *  */
  70         void setInletRotationBoundaryCondition(string groupName,double Temperature,double omega_x=0, double omega_y=0, double omega_z=0){
  71                 _limitField[groupName]=LimitField(InletRotationVelocity,0,vector<double>(1,omega_x),vector<double>(1,omega_y),vector<double>(1,omega_z),Temperature,-1,-1,-1);
  72         };
  73         /** \fn setIntletPressureBoundaryCondition
  74          * \brief adds a new boundary condition of type InletPressure
  75          * \details
  76          * \param [in] string : the name of the boundary
  77          * \param [in] double : the value of the pressure at the boundary
  78          * \param [in] double : the value of the temperature at the boundary
  79          * \param [in] double : the components of the rotational of the inlet velocity
  80          * \param [out] void
  81          *  */
  82         void setInletPressureBoundaryCondition(string groupName, double pressure,double Temperature,double omega_x=0, double omega_y=0, double omega_z=0){
  83                 _limitField[groupName]=LimitField(InletPressure,pressure,vector<double>(1,omega_x),vector<double>(1,omega_y),vector<double>(1,omega_z),Temperature,-1,-1,-1);
  84         };
  85         /** \fn setIntletPressureBoundaryCondition
  86          * \brief adds a new boundary condition of type InletPressure taking into account the hydrostatic pressure variations
  87          * \details The pressure is not constant on the boundary but varies linearly with a slope given by the gravity vector
  88          * \param [in] string : the name of the boundary
  89          * \param [in] double : the value of the pressure at the boundary
  90          * \param [in] double : the value of the temperature at the boundary
  91          * \param [in] vector<double> : reference_point position on the boundary where the value Pressure will be imposed
  92          * \param [out] void
  93          *  */
  94         void setInletPressureBoundaryCondition(string groupName, double pressure,double Temperature, vector<double> reference_point){
  95                 /* On the boundary we have P-Pref=rho g\cdot(x-xref) hence P=Pref-g\cdot xref + g\cdot x */
  96                 pressure-=reference_point[0]*_GravityField3d[0];
  97                 if(_Ndim>1){
  98                         pressure-=reference_point[1]*_GravityField3d[1];
  99                         if(_Ndim>2)
 100                                 pressure-=reference_point[2]*_GravityField3d[2];
 101                 }
 102
 103                 _limitField[groupName]=LimitField(InletPressure,pressure,vector<double>(0,0),vector<double>(0,0),vector<double>(0,0),Temperature,-1,-1,-1);
 104         };
 105         /** \fn setWallBoundaryCondition
 106          * \brief adds a new boundary condition of type Wall
 107          * \details
 108          * \param [in] string : the name of the boundary
 109          * \param [in] double : the value of the temperature at the boundary
 110          * \param [in] double : the value of the x component of the velocity at the boundary
 111          * \param [in] double : the value of the y component of the velocity at the boundary
 112          * \param [in] double : the value of the z component of the velocity at the boundary
 113          * \param [out] void
 114          *  */
 115         void setWallBoundaryCondition(string groupName,double Temperature=-1, double v_x=0, double v_y=0, double v_z=0){
 116                 if(Temperature!=-1)
 117                         _limitField[groupName]=LimitField(Wall,-1,vector<double>(1,v_x),vector<double>(1,v_y),vector<double>(1,v_z),Temperature,-1,-1,-1);
 118                 else
 119                         _limitField[groupName]=LimitField(Wall,-1,vector<double>(1,v_x),vector<double>(1,v_y),vector<double>(1,v_z),getReferenceTemperature(),-1,-1,-1);
 120         };
 121
 122         /** \fn computeNewtonVariation
 123          * \brief Builds and solves the linear system to obtain the variation Vkp1-Vk in a Newton scheme using primitive variables
 124          * @param
 125          * */
 126         void computeNewtonVariation();
 127
 128         /** \fn iterateTimeStep
 129          * \brief calls computeNewtonVariation to perform one Newton iteration and tests the convergence
 130          * @param
 131          * @return boolean ok is true is the newton iteration gave a physically acceptable result
 132          * */
 133         bool iterateTimeStep(bool &ok);
 134
 135         double getReferencePressure()    { return _Pref; };
 136         double getReferenceTemperature() { return _Tref; };
 137
 138         //get output fields for postprocessing or coupling
 139         vector<string> getOutputFieldsNames() ;//liste tous les champs que peut fournir le code pour le postraitement
 140         Field&         getOutputField(const string& nameField );//Renvoie un champs pour le postraitement
 141         Field& getPressureField();
 142         Field& getVelocityField();
 143         Field& getVelocityXField();
 144         Field& getTemperatureField();
 145         Field& getDensityField();
 146         Field& getMomentumField();
 147         Field& getTotalEnergyField();
 148         Field& getEnthalpyField();
 149
 150 protected :
 151         double  _drho_sur_dp,   _drho_sur_dT;//derivatives of the density rho wrt cv, p, T
 152         double  _drhoE_sur_dp,  _drhoE_sur_dT;//derivatives of the total energy rho E wrt cv, p, T
 153         bool _useDellacherieEOS;
 154         double _Tref; //EOS reference temperature
 155         double _Pref; //EOS reference pressure
 156
 157         //!calcule l'etat de Roe de deux etats
 158         void convectionState( const long &i, const long &j, const bool &IsBord);
 159         //!calcule la matrice de convection de l'etat interfacial entre deux cellules voisinnes
 160         void convectionMatrices();
 161         //!Calcule le flux pour un état et une porosité et une normale donnés
 162         Vector convectionFlux(Vector U,Vector V, Vector normale, double porosity);
 163         //!calcule la matrice de diffusion de l'etat interface pour la diffusion
 164         void diffusionStateAndMatrices(const long &i,const long &j, const bool &IsBord);
 165         //!Computes the source vector associated to the cell i
 166         void sourceVector(PetscScalar * Si,PetscScalar * Ui,PetscScalar * Vi, int i);
 167         //!Computes the pressure loss associated to the face ij
 168         void pressureLossVector(PetscScalar * pressureLoss, double K, PetscScalar * Ui, PetscScalar * Vi, PetscScalar * Uj, PetscScalar * Vj);
 169         //!Computes the contribution of the porosity gradient associated to the face ij to the source term
 170         void porosityGradientSourceVector();
 171         //!Calcule la jacobienne de la CL convection
 172         void jacobian(const int &j, string nameOfGroup,double * normale);
 173         //!Calcule la jacobienne de la CL de diffusion
 174         void jacobianDiff(const int &j, string nameOfGroup);
 175         //!Calcule l'etat fictif a la frontiere
 176         void setBoundaryState(string nameOfGroup, const int &j,double *normale);// delete &nf Kieu
 177         //!Adds the contribution of diffusion to the RHS
 178         void addDiffusionToSecondMember(const int &i,const int &j,bool isBord);
 179         //!Computation of the Roe matrix
 180         void RoeMatrixConservativeVariables(double u_n, double total_enthalpy,Vector velocity, double k, double K);
 181         void convectionMatrixPrimitiveVariables( double rho, double u_n, double H,Vector velocity);
 182         //!Computation of the staggered Roe upwinding matrix in conservative variables
 183         void staggeredRoeUpwindingMatrixConservativeVariables(  double u_n, double total_enthalpy, Vector velocity, double k, double K);
 184         //!Computation of the staggered Roe upwinding matrix in primitive variables
 185         void staggeredRoeUpwindingMatrixPrimitiveVariables(double density, double u_n,double total_enthalpy, Vector velocity);
 186         /**** staggered VFFC scheme has some specific features (no need for Roe matrix), hence some specific functions ******/
 187         //!Computes the interfacial flux for the VFFC formulation of the staggered upwinding
 188         Vector staggeredVFFCFlux();
 189         //!Computes the matrices A^+ and A^- for the VFFC formulation of the staggered upwinding
 190         void staggeredVFFCMatricesConservativeVariables(double u_n);
 191         //!Computes the matrices A^+ and A^- for the VFFC formulation of the staggered upwinding using Primitive Variables
 192         void staggeredVFFCMatricesPrimitiveVariables(double u_n);
 193         //!Compute the corrected interfacial state for lowMach, pressureCorrection and staggered versions of the VFRoe formulation
 194         void applyVFRoeLowMachCorrections(bool isBord, string groupname="");
 195         //!Special preconditioner based on a matrix scaling strategy
 196         void computeScaling(double offset);
 197         //!Calcule les saut de valeurs propres pour la correction entropique
 198         void entropicShift(double* n);
 199         // Fonctions utilisant la loi d'etat
 200         void consToPrim(const double *Ucons, double* Vprim,double porosity=1);
 201         void primToCons(const double *V, const int &i, double *U, const int &j);
 202         void primToConsJacobianMatrix(double *V);
 203         /** \fn getDensityDerivatives
 204          * \brief Computes the partial derivatives of rho, and rho E with regard to the primitive variables  p and  T
 205          * @param pressure
 206          * @param temperature
 207          * @param square of the velocity vector
 208         */
 209         void getDensityDerivatives( double pressure, double temperature, double v2);
 210
 211         bool _saveAllFields;
 212         Field _Enthalpy, _Pressure, _Density, _Temperature, _Momentum, _TotalEnergy, _Vitesse, _VitesseX, _VitesseY, _VitesseZ;
 213
 214         };
 215 #endif /* SINGLEPHASE_HXX_*/