source: palm/trunk/SOURCE/inflow_turbulence.f90

Last change on this file was 4828, checked in by Giersch, 8 months ago

Copyright updated to year 2021, interface pmc_sort removed to accelarate the nesting code

  • Property svn:keywords set to Id
File size: 12.8 KB
Line 
1!> @file inflow_turbulence.f90
2!--------------------------------------------------------------------------------------------------!
3! This file is part of the PALM model system.
4!
5! PALM is free software: you can redistribute it and/or modify it under the terms of the GNU General
6! Public License as published by the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
7! (at your option) any later version.
8!
9! PALM is distributed in the hope that it will be useful, but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the
10! implied warranty of MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE. See the GNU General
11! Public License for more details.
12!
13! You should have received a copy of the GNU General Public License along with PALM. If not, see
14! <http://www.gnu.org/licenses/>.
15!
16! Copyright 1997-2021 Leibniz Universitaet Hannover
17!--------------------------------------------------------------------------------------------------!
18!
19! Current revisions:
20! -----------------
21!
22!
23! Former revisions:
24! -----------------
25! $Id: inflow_turbulence.f90 4828 2021-01-05 11:21:41Z banzhafs $
26! file re-formatted to follow the PALM coding standard
27!
28! 4429 2020-02-27 15:24:30Z raasch
29! bugfix: cpp-directives added for serial mode
30!
31! 4360 2020-01-07 11:25:50Z suehring
32! use y_shift instead of old parameter recycling_yshift
33!
34! 4297 2019-11-21 10:37:50Z oliver.maas
35! changed recycling_yshift so that the y-shift can be a multiple of PE instead of y-shift of a half
36! domain width
37!
38! 4183 2019-08-23 07:33:16Z oliver.maas
39! simplified steering of recycling of absolute values by initialization parameter
40! recycling_method_for_thermodynamic_quantities
41!
42! 4182 2019-08-22 15:20:23Z scharf
43! Corrected "Former revisions" section
44!
45! 4172 2019-08-20 11:55:33Z oliver.maas
46! added optional recycling of absolute values for pt and q
47!
48! 3655 2019-01-07 16:51:22Z knoop
49! Corrected "Former revisions" section
50!
51! Initial version (2008/03/07)
52!
53! Description:
54! ------------
55!> Imposing turbulence at the respective inflow using the turbulence recycling method of
56!> Kataoka and Mizuno (2002).
57!--------------------------------------------------------------------------------------------------!
58 SUBROUTINE inflow_turbulence
59
60
61    USE arrays_3d,                                                                                 &
62        ONLY:  e, inflow_damping_factor, mean_inflow_profiles, pt, q, s, u, v, w
63
64#if defined( __parallel )
65    USE control_parameters,                                                                        &
66        ONLY:  humidity, passive_scalar, recycling_method_for_thermodynamic_quantities,            &
67               recycling_plane, y_shift
68
69#else
70    USE control_parameters,                                                                        &
71        ONLY:  humidity, passive_scalar, recycling_method_for_thermodynamic_quantities,            &
72               recycling_plane
73
74#endif
75
76    USE cpulog,                                                                                    &
77        ONLY:  cpu_log, log_point
78
79    USE indices,                                                                                   &
80        ONLY:  nbgp, nxl, ny, nyn, nys, nyng, nysg, nzb, nzt
81
82    USE kinds
83
84    USE pegrid
85
86
87    IMPLICIT NONE
88
89    INTEGER(iwp) ::  i        !< loop index
90    INTEGER(iwp) ::  j        !< loop index
91    INTEGER(iwp) ::  k        !< loop index
92    INTEGER(iwp) ::  l        !< loop index
93    INTEGER(iwp) ::  ngp_ifd  !< number of grid points stored in avpr
94    INTEGER(iwp) ::  ngp_pr   !< number of grid points stored in inflow_dist
95#if defined( __parallel )
96    INTEGER(iwp) ::  next     !< ID of receiving PE for y-shift
97    INTEGER(iwp) ::  prev     !< ID of sending PE for y-shift
98#endif
99
100    REAL(wp), DIMENSION(nzb:nzt+1,7,nbgp) ::  avpr               !< stores averaged profiles at recycling plane
101    REAL(wp), DIMENSION(nzb:nzt+1,7,nbgp) ::  avpr_l             !< auxiliary variable to calculate avpr
102
103    REAL(wp), DIMENSION(nzb:nzt+1,nysg:nyng,7,nbgp) ::  inflow_dist        !< turbulence signal of vars, added at inflow boundary
104#if defined( __parallel )
105    REAL(wp), DIMENSION(nzb:nzt+1,nysg:nyng,7,nbgp) ::  local_inflow_dist  !< auxiliary variable for inflow_dist, used for y-shift
106#endif
107
108    CALL cpu_log( log_point(40), 'inflow_turbulence', 'start' )
109
110!
111!-- Carry out spanwise averaging in the recycling plane
112    avpr_l = 0.0_wp
113    ngp_pr = ( nzt - nzb + 2 ) * 7 * nbgp
114    ngp_ifd = ngp_pr * ( nyn - nys + 1 + 2 * nbgp )
115
116!
117!-- First, local averaging within the recycling domain
118    i = recycling_plane
119
120#if defined( __parallel )
121    IF ( myidx == id_recycling )  THEN
122
123       DO  l = 1, nbgp
124          DO  j = nys, nyn
125             DO  k = nzb, nzt + 1
126
127                avpr_l(k,1,l) = avpr_l(k,1,l) + u(k,j,i)
128                avpr_l(k,2,l) = avpr_l(k,2,l) + v(k,j,i)
129                avpr_l(k,3,l) = avpr_l(k,3,l) + w(k,j,i)
130                avpr_l(k,4,l) = avpr_l(k,4,l) + pt(k,j,i)
131                avpr_l(k,5,l) = avpr_l(k,5,l) + e(k,j,i)
132                IF ( humidity )  avpr_l(k,6,l) = avpr_l(k,6,l) + q(k,j,i)
133                IF ( passive_scalar )  avpr_l(k,7,l) = avpr_l(k,7,l) + s(k,j,i)
134
135             ENDDO
136          ENDDO
137          i = i + 1
138       ENDDO
139
140    ENDIF
141!
142!-- Now, averaging over all PEs
143    IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
144    CALL MPI_ALLREDUCE( avpr_l(nzb,1,1), avpr(nzb,1,1), ngp_pr, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
145
146#else
147    DO  l = 1, nbgp
148       DO  j = nys, nyn
149          DO  k = nzb, nzt + 1
150
151             avpr_l(k,1,l) = avpr_l(k,1,l) + u(k,j,i)
152             avpr_l(k,2,l) = avpr_l(k,2,l) + v(k,j,i)
153             avpr_l(k,3,l) = avpr_l(k,3,l) + w(k,j,i)
154             avpr_l(k,4,l) = avpr_l(k,4,l) + pt(k,j,i)
155             avpr_l(k,5,l) = avpr_l(k,5,l) + e(k,j,i)
156             IF ( humidity )  avpr_l(k,6,l) = avpr_l(k,6,l) + q(k,j,i)
157             IF ( passive_scalar )  avpr_l(k,7,l) = avpr_l(k,7,l) + s(k,j,i)
158
159          ENDDO
160       ENDDO
161       i = i + 1
162    ENDDO
163
164    avpr = avpr_l
165#endif
166
167    avpr = avpr / ( ny + 1 )
168!
169!-- Calculate the disturbances at the recycling plane for recycling of absolute quantities, the
170!-- disturbance is defined as the absolute value (and not as the deviation from the mean profile).
171    i = recycling_plane
172
173#if defined( __parallel )
174    IF ( myidx == id_recycling )  THEN
175       DO  l = 1, nbgp
176          DO  j = nysg, nyng
177             DO  k = nzb, nzt + 1
178                inflow_dist(k,j,1,l) = u(k,j,i+1) - avpr(k,1,l)
179                inflow_dist(k,j,2,l) = v(k,j,i)   - avpr(k,2,l)
180                inflow_dist(k,j,3,l) = w(k,j,i)   - avpr(k,3,l)
181                IF ( TRIM( recycling_method_for_thermodynamic_quantities )                         &
182                     == 'turbulent_fluctuation' )  THEN
183                   inflow_dist(k,j,4,l) = pt(k,j,i) - avpr(k,4,l)
184                ELSEIF ( TRIM( recycling_method_for_thermodynamic_quantities )                     &
185                         == 'absolute_value' )  THEN
186                   inflow_dist(k,j,4,l) = pt(k,j,i)
187                ENDIF
188                inflow_dist(k,j,5,l) = e(k,j,i)   - avpr(k,5,l)
189                IF ( humidity ) THEN
190                   IF ( TRIM( recycling_method_for_thermodynamic_quantities )                      &
191                        == 'turbulent_fluctuation' )  THEN
192                      inflow_dist(k,j,6,l) = q(k,j,i) - avpr(k,6,l)
193                   ELSEIF ( TRIM( recycling_method_for_thermodynamic_quantities )                  &
194                            == 'absolute_value' )  THEN
195                      inflow_dist(k,j,6,l) = q(k,j,i)
196                   ENDIF
197                ENDIF
198                IF ( passive_scalar )                                                              &
199                   inflow_dist(k,j,7,l) = s(k,j,i) - avpr(k,7,l)
200            ENDDO
201          ENDDO
202          i = i + 1
203       ENDDO
204
205    ENDIF
206#else
207    DO  l = 1, nbgp
208       DO  j = nysg, nyng
209          DO  k = nzb, nzt+1
210             inflow_dist(k,j,1,l) = u(k,j,i+1) - avpr(k,1,l)
211             inflow_dist(k,j,2,l) = v(k,j,i)   - avpr(k,2,l)
212             inflow_dist(k,j,3,l) = w(k,j,i)   - avpr(k,3,l)
213             IF ( TRIM( recycling_method_for_thermodynamic_quantities )                            &
214                   == 'turbulent_fluctuation' )  THEN
215                inflow_dist(k,j,4,l) = pt(k,j,i) - avpr(k,4,l)
216             ELSEIF ( TRIM( recycling_method_for_thermodynamic_quantities )                        &
217                      == 'absolute_value' )  THEN
218                inflow_dist(k,j,4,l) = pt(k,j,i)
219             ENDIF
220             inflow_dist(k,j,5,l) = e(k,j,i)   - avpr(k,5,l)
221             IF ( humidity )  THEN
222                IF ( TRIM( recycling_method_for_thermodynamic_quantities )                         &
223                     == 'turbulent_fluctuation' )  THEN
224                   inflow_dist(k,j,6,l) = q(k,j,i) - avpr(k,6,l)
225                ELSEIF ( TRIM( recycling_method_for_thermodynamic_quantities )                     &
226                         == 'absolute_value' )  THEN
227                   inflow_dist(k,j,6,l) = q(k,j,i)
228                ENDIF
229             ENDIF
230             IF ( passive_scalar )                                                                 &
231                inflow_dist(k,j,7,l) = s(k,j,i) - avpr(k,7,l)
232
233          ENDDO
234       ENDDO
235       i = i + 1
236    ENDDO
237#endif
238
239!
240!-- For parallel runs, send the disturbances to the respective inflow PE
241#if defined( __parallel )
242    IF ( myidx == id_recycling  .AND.  myidx /= id_inflow )  THEN
243
244       CALL MPI_SEND( inflow_dist(nzb,nysg,1,1), ngp_ifd, MPI_REAL, id_inflow, 1, comm1dx, ierr )
245
246    ELSEIF ( myidx /= id_recycling  .AND.  myidx == id_inflow )  THEN
247
248       inflow_dist = 0.0_wp
249       CALL MPI_RECV( inflow_dist(nzb,nysg,1,1), ngp_ifd, MPI_REAL, id_recycling, 1, comm1dx,      &
250                      status, ierr )
251
252    ENDIF
253
254!
255!-- y-shift for inflow_dist
256!-- Shift inflow_dist in positive y direction by a number of
257!-- PEs equal to y_shift
258    IF ( ( y_shift /= 0 )  .AND.  myidx == id_inflow )  THEN
259
260!
261!--    Calculate the ID of the PE which sends data to this PE (prev) and of the PE which receives
262!--    data from this PE (next).
263       prev = MODULO(myidy - y_shift , pdims(2))
264       next = MODULO(myidy + y_shift , pdims(2))
265
266       local_inflow_dist = 0.0_wp
267
268       CALL MPI_SENDRECV( inflow_dist(nzb,nysg,1,1), ngp_ifd, MPI_REAL, next, 1,                   &
269                          local_inflow_dist(nzb,nysg,1,1), ngp_ifd, MPI_REAL, prev, 1, comm1dy,    &
270                          status, ierr )
271
272       inflow_dist = local_inflow_dist
273
274    ENDIF
275
276#endif
277
278!
279!-- Add the disturbance at the inflow
280    IF ( nxl == 0 )  THEN
281
282       DO  j = nysg, nyng
283          DO  k = nzb, nzt + 1
284
285             u(k,j,-nbgp+1:0) = mean_inflow_profiles(k,1) +                                        &
286                                inflow_dist(k,j,1,1:nbgp) * inflow_damping_factor(k)
287             v(k,j,-nbgp:-1)  = mean_inflow_profiles(k,2) +                                        &
288                                inflow_dist(k,j,2,1:nbgp) * inflow_damping_factor(k)
289             w(k,j,-nbgp:-1)  = inflow_dist(k,j,3,1:nbgp) * inflow_damping_factor(k)
290             IF ( TRIM( recycling_method_for_thermodynamic_quantities )                            &
291                   == 'turbulent_fluctuation' )  THEN
292                pt(k,j,-nbgp:-1) = mean_inflow_profiles(k,4) +                                     &
293                                   inflow_dist(k,j,4,1:nbgp) * inflow_damping_factor(k)
294             ELSEIF ( TRIM( recycling_method_for_thermodynamic_quantities )                        &
295                      == 'absolute_value' )  THEN
296                pt(k,j,-nbgp:-1) = inflow_dist(k,j,4,1:nbgp)
297             ENDIF
298             e(k,j,-nbgp:-1)  = mean_inflow_profiles(k,5) +                                        &
299                                inflow_dist(k,j,5,1:nbgp) * inflow_damping_factor(k)
300             e(k,j,-nbgp:-1)  = MAX( e(k,j,-nbgp:-1), 0.0_wp )
301             IF ( humidity )  THEN
302                IF ( TRIM( recycling_method_for_thermodynamic_quantities )                         &
303                      == 'turbulent_fluctuation' )  THEN
304                   q(k,j,-nbgp:-1)  = mean_inflow_profiles(k,6) +                                  &
305                                      inflow_dist(k,j,6,1:nbgp) * inflow_damping_factor(k)
306                ELSEIF ( TRIM( recycling_method_for_thermodynamic_quantities )                     &
307                         == 'absolute_value' )  THEN
308                   q(k,j,-nbgp:-1)  = inflow_dist(k,j,6,1:nbgp)
309                ENDIF
310             ENDIF
311             IF ( passive_scalar )                                                                 &
312                s(k,j,-nbgp:-1)  = mean_inflow_profiles(k,7) +                                     &
313                                   inflow_dist(k,j,7,1:nbgp) * inflow_damping_factor(k)
314
315          ENDDO
316       ENDDO
317
318    ENDIF
319
320
321    CALL  cpu_log( log_point(40), 'inflow_turbulence', 'stop' )
322
323
324 END SUBROUTINE inflow_turbulence
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.