# source:anuga_work/development/anuga_1d/comp_flux_ext.c@5831

Last change on this file since 5831 was 5831, checked in by steve, 16 years ago

Added cfl condition to compute fluxes in comp_flux_ext.c

File size: 10.3 KB
Line
1#include "Python.h"
2#include "Numeric/arrayobject.h"
3#include "math.h"
4#include <stdio.h>
5const double pi = 3.14159265358979;
6
7
8// Shared code snippets
9#include "util_ext.h"
10
11
12/* double max(double a, double b) { */
13/*      double z; */
14/*      z=(a>b)?a:b; */
15/*      return z;} */
16
17/* double min(double a, double b) { */
18/*      double z; */
19/*      z=(a<b)?a:b; */
20/*      return z;} */
21
22
23// Function to obtain speed from momentum and depth.
24// This is used by flux functions
25// Input parameters uh and h may be modified by this function.
26double _compute_speed(double *uh,
27                      double *h,
28                      double epsilon,
29                      double h0) {
30
31  double u;
32
33  if (*h < epsilon) {
34    *h = 0.0;  //Could have been negative
35     u = 0.0;
36  } else {
37    u = *uh/(*h + h0/ *h);
38  }
39
40
41  // Adjust momentum to be consistent with speed
42  *uh = u * *h;
43
44  return u;
45}
46
47
48
49
50//Innermost flux function (using w=z+h)
51int _flux_function(double *q_left, double *q_right,
52        double z_left, double z_right,
53                   double normals, double g, double epsilon, double h0,
54                double *edgeflux, double *max_speed) {
55
56                int i;
57                double ql[2], qr[2], flux_left[2], flux_right[2];
58                double z, w_left, h_left, uh_left, soundspeed_left, u_left;
59                double w_right, h_right, uh_right, soundspeed_right, u_right;
60                double s_max, s_min, denom;
61
62                //printf("h0 = %f \n",h0);
63                ql[0] = q_left[0];
64                ql[1] = q_left[1];
65                ql[1] = ql[1]*normals;
66
67                qr[0] = q_right[0];
68                qr[1] = q_right[1];
69                qr[1] = qr[1]*normals;
70
71                z = (z_left+z_right)/2.0;
72
73                //w_left = ql[0];
74                //h_left = w_left-z;
75                //uh_left = ql[1];
76
77
78
79                // Compute speeds in x-direction
80                w_left = ql[0];
81                h_left = w_left-z;
82                uh_left = ql[1];
83
84                u_left = _compute_speed(&uh_left, &h_left, epsilon, h0);
85
86                w_right = qr[0];
87                h_right = w_right-z;
88                uh_right = qr[1];
89
90                u_right = _compute_speed(&uh_right, &h_right, epsilon, h0);
91
92                soundspeed_left = sqrt(g*h_left);
93                soundspeed_right = sqrt(g*h_right);
94
95                s_max = max(u_left+soundspeed_left, u_right+soundspeed_right);
96                if (s_max < 0.0) s_max = 0.0;
97
98                s_min = min(u_left-soundspeed_left, u_right-soundspeed_right);
99                if (s_min > 0.0) s_min = 0.0;
100
101
102                // Flux formulas
103                flux_left[0] = u_left*h_left;
104                flux_left[1] = u_left*uh_left + 0.5*g*h_left*h_left;
105
106                flux_right[0] = u_right*h_right;
107                flux_right[1] = u_right*uh_right + 0.5*g*h_right*h_right;
108
109                // Flux computation
110                denom = s_max-s_min;
111                if (denom < epsilon) {
112                        for (i=0; i<2; i++) edgeflux[i] = 0.0;
113                        *max_speed = 0.0;
114                } else {
115                        edgeflux[0] = s_max*flux_left[0] - s_min*flux_right[0];
116                        edgeflux[0] += s_max*s_min*(qr[0]-ql[0]);
117                        edgeflux[0] /= denom;
118                        edgeflux[1] = s_max*flux_left[1] - s_min*flux_right[1];
119                        edgeflux[1] += s_max*s_min*(qr[1]-ql[1]);
120                        edgeflux[1] /= denom;
121                        edgeflux[1] *= normals;
122
123                // Maximal wavespeed
124        *max_speed = max(fabs(s_max), fabs(s_min));
125                }
126    return 0;
127        }
128
129
130
131
132// Computational function for flux computation
133double _compute_fluxes_ext(
134                           double cfl,
135                           double timestep,
136                           double epsilon,
137                           double g,
138                           double h0,
139                           long* neighbours,
140                           long* neighbour_vertices,
141                           double* normals,
142                           double* areas,
143                           double* stage_edge_values,
144                           double* xmom_edge_values,
145                           double* bed_edge_values,
146                           double* stage_boundary_values,
147                           double* xmom_boundary_values,
148                           double* stage_explicit_update,
149                           double* xmom_explicit_update,
150                           int number_of_elements,
151                           double* max_speed_array) {
152
153                double flux[2], ql[2], qr[2], edgeflux[2];
154                double zl, zr, max_speed, normal;
155                int k, i, ki, n, m, nm=0;
156
157
158                for (k=0; k<number_of_elements; k++) {
159                        flux[0] = 0.0;
160                        flux[1] = 0.0;
161
162                        for (i=0; i<2; i++) {
163                                ki = k*2+i;
164
165                                ql[0] = stage_edge_values[ki];
166                                ql[1] = xmom_edge_values[ki];
167                                zl = bed_edge_values[ki];
168
169                                n = neighbours[ki];
170                                if (n<0) {
171                                        m = -n-1;
172                                        qr[0] = stage_boundary_values[m];
173                                        qr[1] = xmom_boundary_values[m];
174                                        zr = zl;
175                                } else {
176                                        m = neighbour_vertices[ki];
177                                        nm = n*2+m;
178                                        qr[0] = stage_edge_values[nm];
179                                        qr[1] = xmom_edge_values[nm];
180                                        zr = bed_edge_values[nm];
181                                }
182
183                                normal = normals[ki];
184                                _flux_function(ql, qr, zl, zr, normal, g, epsilon, h0, edgeflux, &max_speed);
185                                flux[0] -= edgeflux[0];
186                                flux[1] -= edgeflux[1];
187
188                                // Update timestep based on edge i and possibly neighbour n
189                                if (max_speed > epsilon) {
190                        // Original CFL calculation
191
192                                        timestep = min(timestep, 0.5*cfl*areas[k]/max_speed); //Here, CFL=1.0 is assumed. ?????????????????????????????????????????????
193                                        if (n>=0) {
194                                                timestep = min(timestep, 0.5*cfl*areas[n]/max_speed); //Here, CFL=1.0 is assumed. ?????????????????????????????????????????????
195                                        }
196                                }
197            } // End edge i (and neighbour n)
198                        flux[0] /= areas[k];
199                        stage_explicit_update[k] = flux[0];
200                        flux[1] /= areas[k];
201                        xmom_explicit_update[k] = flux[1];
202
203                        //Keep track of maximal speeds
204                        max_speed_array[k]=max_speed;
205                }
206                return timestep;
207        }
208
209
210
211
212
213
214
215
216//=========================================================================
217// Python Glue
218//=========================================================================
219PyObject *compute_fluxes_ext(PyObject *self, PyObject *args) {
220
221    PyArrayObject
222        *neighbours,
223        *neighbour_vertices,
224        *normals,
225        *areas,
226        *stage_edge_values,
227        *xmom_edge_values,
228        *bed_edge_values,
229        *stage_boundary_values,
230        *xmom_boundary_values,
231        *stage_explicit_update,
232        *xmom_explicit_update,
233        *max_speed_array;
234
235  double timestep, epsilon, g, h0, cfl;
236  int number_of_elements;
237
238  // Convert Python arguments to C
239  if (!PyArg_ParseTuple(args, "dddddOOOOOOOOOOOiO",
240                        &cfl,
241                        &timestep,
242                        &epsilon,
243                        &g,
244                        &h0,
245                        &neighbours,
246                        &neighbour_vertices,
247                        &normals,
248                        &areas,
249                        &stage_edge_values,
250                        &xmom_edge_values,
251                        &bed_edge_values,
252                        &stage_boundary_values,
253                        &xmom_boundary_values,
254                        &stage_explicit_update,
255                        &xmom_explicit_update,
256                        &number_of_elements,
257                        &max_speed_array)) {
258    PyErr_SetString(PyExc_RuntimeError, "comp_flux_ext.c: compute_fluxes_ext could not parse input");
259    return NULL;
260  }
261
262
263  // Call underlying flux computation routine and update
264  // the explicit update arrays
265  timestep = _compute_fluxes_ext(
266                 cfl,
267                                 timestep,
268                                 epsilon,
269                                 g,
270                                 h0,
271                                 (long*) neighbours -> data,
272                                 (long*) neighbour_vertices -> data,
273                                 (double*) normals -> data,
274                                 (double*) areas -> data,
275                                 (double*) stage_edge_values -> data,
276                                 (double*) xmom_edge_values -> data,
277                                 (double*) bed_edge_values -> data,
278                                 (double*) stage_boundary_values -> data,
279                                 (double*) xmom_boundary_values -> data,
280                                 (double*) stage_explicit_update -> data,
281                                 (double*) xmom_explicit_update -> data,
282                                 number_of_elements,
283                                 (double*) max_speed_array -> data);
284
285  // Return updated flux timestep
286  return Py_BuildValue("d", timestep);
287}
288
289
290PyObject *compute_fluxes_ext_short(PyObject *self, PyObject *args) {
291
292   PyObject
293        *domain,
294        *stage,
295        *xmom,
296        *bed;
297
298    PyArrayObject
299        *neighbours,
300        *neighbour_vertices,
301        *normals,
302        *areas,
303        *stage_vertex_values,
304        *xmom_vertex_values,
305        *bed_vertex_values,
306        *stage_boundary_values,
307        *xmom_boundary_values,
308        *stage_explicit_update,
309        *xmom_explicit_update,
310        *max_speed_array;
311
312  double timestep, epsilon, g, h0, cfl;
313  int number_of_elements;
314
315
316  // Convert Python arguments to C
317  if (!PyArg_ParseTuple(args, "dOOOO",
318                        &timestep,
319                        &domain,
320                        &stage,
321                        &xmom,
322                        &bed)) {
323      PyErr_SetString(PyExc_RuntimeError, "comp_flux_ext.c: compute_fluxes_ext_short could not parse input");
324      return NULL;
325  }
326
327
328    epsilon           = get_python_double(domain,"epsilon");
329    g                 = get_python_double(domain,"g");
330    h0                = get_python_double(domain,"h0");
331        cfl                = get_python_double(domain,"cfl");
332
333
334    neighbours        = get_consecutive_array(domain, "neighbours");
335    neighbour_vertices= get_consecutive_array(domain, "neighbour_vertices");
336    normals           = get_consecutive_array(domain, "normals");
337    areas             = get_consecutive_array(domain, "areas");
338    max_speed_array   = get_consecutive_array(domain, "max_speed_array");
339
340    stage_vertex_values = get_consecutive_array(stage, "vertex_values");
341    xmom_vertex_values  = get_consecutive_array(xmom, "vertex_values");
342    bed_vertex_values   = get_consecutive_array(bed, "vertex_values");
343
344    stage_boundary_values = get_consecutive_array(stage, "boundary_values");
345    xmom_boundary_values  = get_consecutive_array(xmom, "boundary_values");
346
347
348    stage_explicit_update = get_consecutive_array(stage, "explicit_update");
349    xmom_explicit_update  = get_consecutive_array(xmom, "explicit_update");
350
351
352
353    number_of_elements = stage_vertex_values -> dimensions[0];
354
355
356
357    // Call underlying flux computation routine and update
358    // the explicit update arrays
359    timestep = _compute_fluxes_ext(
360                       cfl,
361                                   timestep,
362                                   epsilon,
363                                   g,
364                                   h0,
365                                   (long*) neighbours -> data,
366                                   (long*) neighbour_vertices -> data,
367                                   (double*) normals -> data,
368                                   (double*) areas -> data,
369                                   (double*) stage_vertex_values -> data,
370                                   (double*) xmom_vertex_values -> data,
371                                   (double*) bed_vertex_values -> data,
372                                   (double*) stage_boundary_values -> data,
373                                   (double*) xmom_boundary_values -> data,
374                                   (double*) stage_explicit_update -> data,
375                                   (double*) xmom_explicit_update -> data,
376                                   number_of_elements,
377                                   (double*) max_speed_array -> data);
378
379
380  Py_DECREF(neighbours);
381  Py_DECREF(neighbour_vertices);
382  Py_DECREF(normals);
383  Py_DECREF(areas);
384  Py_DECREF(stage_vertex_values);
385  Py_DECREF(xmom_vertex_values);
386  Py_DECREF(bed_vertex_values);
387  Py_DECREF(stage_boundary_values);
388  Py_DECREF(xmom_boundary_values);
389  Py_DECREF(stage_explicit_update);
390  Py_DECREF(xmom_explicit_update);
391  Py_DECREF(max_speed_array);
392
393
394
395
396  // Return updated flux timestep
397  return Py_BuildValue("d", timestep);
398}
399
400
401
402
403//-------------------------------
404// Method table for python module
405//-------------------------------
406
407static struct PyMethodDef MethodTable[] = {
408  {"compute_fluxes_ext", compute_fluxes_ext, METH_VARARGS, "Print out"},
409  {"compute_fluxes_ext_short", compute_fluxes_ext_short, METH_VARARGS, "Print out"},
410  {NULL, NULL}
411};
412
413// Module initialisation
414void initcomp_flux_ext(void){
415  Py_InitModule("comp_flux_ext", MethodTable);
416  import_array();
417}
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.