source: palm/trunk/SOURCE/inflow_turbulence.f90 @ 1683

Last change on this file since 1683 was 1683, checked in by knoop, 6 years ago

last commit documented

  • Property svn:keywords set to Id
File size: 11.0 KB
Line 
1!> @file inflow_turbulence.f90
2!--------------------------------------------------------------------------------!
3! This file is part of PALM.
4!
5! PALM is free software: you can redistribute it and/or modify it under the terms
6! of the GNU General Public License as published by the Free Software Foundation,
7! either version 3 of the License, or (at your option) any later version.
8!
9! PALM is distributed in the hope that it will be useful, but WITHOUT ANY
10! WARRANTY; without even the implied warranty of MERCHANTABILITY or FITNESS FOR
11! A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU General Public License for more details.
12!
13! You should have received a copy of the GNU General Public License along with
14! PALM. If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
15!
16! Copyright 1997-2014 Leibniz Universitaet Hannover
17!--------------------------------------------------------------------------------!
18!
19! Current revisions:
20! -----------------
21!
22!
23! Former revisions:
24! -----------------
25! $Id: inflow_turbulence.f90 1683 2015-10-07 23:57:51Z knoop $
26!
27! 1682 2015-10-07 23:56:08Z knoop
28! Code annotations made doxygen readable
29!
30! 1615 2015-07-08 18:49:19Z suehring
31! Enable turbulent inflow for passive_scalar and humidity
32!
33! 1560 2015-03-06 10:48:54Z keck
34! Option recycling_yshift added. If this option is switched on, the turbulence
35! data, which is mapped from the recycling plane to the inflow, is shifted in
36! y direction (by ny * dy / 2 )
37!
38! 1353 2014-04-08 15:21:23Z heinze
39! REAL constants provided with KIND-attribute
40!
41! 1346 2014-03-27 13:18:20Z heinze
42! Bugfix: REAL constants provided with KIND-attribute especially in call of
43! intrinsic function like MAX, MIN, SIGN
44!
45! 1320 2014-03-20 08:40:49Z raasch
46! ONLY-attribute added to USE-statements,
47! kind-parameters added to all INTEGER and REAL declaration statements,
48! kinds are defined in new module kinds,
49! revision history before 2012 removed,
50! comment fields (!:) to be used for variable explanations added to
51! all variable declaration statements
52!
53! 1092 2013-02-02 11:24:22Z raasch
54! unused variables removed
55!
56! 1036 2012-10-22 13:43:42Z raasch
57! code put under GPL (PALM 3.9)
58!
59! Initial version (2008/03/07)
60!
61! Description:
62! ------------
63!> Imposing turbulence at the respective inflow using the turbulence
64!> recycling method of Kataoka and Mizuno (2002).
65!------------------------------------------------------------------------------!
66 SUBROUTINE inflow_turbulence
67 
68
69    USE arrays_3d,                                                             &
70        ONLY:  e, inflow_damping_factor, mean_inflow_profiles, pt, q, u, v, w
71       
72    USE control_parameters,                                                    &
73        ONLY:  humidity, passive_scalar, recycling_plane, recycling_yshift
74       
75    USE cpulog,                                                                &
76        ONLY:  cpu_log, log_point
77       
78    USE grid_variables,                                                        &
79        ONLY: 
80       
81    USE indices,                                                               &
82        ONLY:  nbgp, nxl, ny, nyn, nys, nyng, nysg, nzb, nzt
83       
84    USE kinds
85   
86    USE pegrid
87
88
89    IMPLICIT NONE
90
91    INTEGER(iwp) ::  i        !<
92    INTEGER(iwp) ::  j        !<
93    INTEGER(iwp) ::  k        !<
94    INTEGER(iwp) ::  l        !<
95    INTEGER(iwp) ::  next     !<
96    INTEGER(iwp) ::  ngp_ifd  !<
97    INTEGER(iwp) ::  ngp_pr   !<
98    INTEGER(iwp) ::  prev     !<
99
100    REAL(wp), DIMENSION(nzb:nzt+1,6,nbgp)           ::                         &
101       avpr, avpr_l  !<
102    REAL(wp), DIMENSION(nzb:nzt+1,nysg:nyng,6,nbgp) ::                         &
103       inflow_dist, local_inflow_dist  !<
104
105    CALL cpu_log( log_point(40), 'inflow_turbulence', 'start' )
106
107!
108!-- Carry out spanwise averaging in the recycling plane
109    avpr_l = 0.0_wp
110    ngp_pr = ( nzt - nzb + 2 ) * 6 * nbgp
111    ngp_ifd = ngp_pr * ( nyn - nys + 1 + 2 * nbgp )
112
113!
114!-- First, local averaging within the recycling domain
115    i = recycling_plane
116
117#if defined( __parallel )
118    IF ( myidx == id_recycling )  THEN
119       
120       DO  l = 1, nbgp
121          DO  j = nys, nyn
122             DO  k = nzb, nzt + 1
123
124                avpr_l(k,1,l) = avpr_l(k,1,l) + u(k,j,i)
125                avpr_l(k,2,l) = avpr_l(k,2,l) + v(k,j,i)
126                avpr_l(k,3,l) = avpr_l(k,3,l) + w(k,j,i)
127                avpr_l(k,4,l) = avpr_l(k,4,l) + pt(k,j,i)
128                avpr_l(k,5,l) = avpr_l(k,5,l) + e(k,j,i)
129                IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )                          &
130                   avpr_l(k,6,l) = avpr_l(k,6,l) + q(k,j,i)
131
132             ENDDO
133          ENDDO
134          i = i + 1
135       ENDDO
136
137    ENDIF
138!
139!-- Now, averaging over all PEs
140    IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
141    CALL MPI_ALLREDUCE( avpr_l(nzb,1,1), avpr(nzb,1,1), ngp_pr, MPI_REAL,      &
142                        MPI_SUM, comm2d, ierr )
143
144#else
145    DO  l = 1, nbgp
146       DO  j = nys, nyn
147          DO  k = nzb, nzt + 1
148
149             avpr_l(k,1,l) = avpr_l(k,1,l) + u(k,j,i)
150             avpr_l(k,2,l) = avpr_l(k,2,l) + v(k,j,i)
151             avpr_l(k,3,l) = avpr_l(k,3,l) + w(k,j,i)
152             avpr_l(k,4,l) = avpr_l(k,4,l) + pt(k,j,i)
153             avpr_l(k,5,l) = avpr_l(k,5,l) + e(k,j,i)
154             IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )                             &
155                avpr_l(k,6,l) = avpr_l(k,6,l) + q(k,j,i)
156
157          ENDDO
158       ENDDO
159       i = i + 1 
160    ENDDO
161   
162    avpr = avpr_l
163#endif
164
165    avpr = avpr / ( ny + 1 )
166!
167!-- Calculate the disturbances at the recycling plane
168    i = recycling_plane
169
170#if defined( __parallel )
171    IF ( myidx == id_recycling )  THEN
172       DO  l = 1, nbgp
173          DO  j = nysg, nyng
174             DO  k = nzb, nzt + 1
175
176                inflow_dist(k,j,1,l) = u(k,j,i+1) - avpr(k,1,l)
177                inflow_dist(k,j,2,l) = v(k,j,i)   - avpr(k,2,l)
178                inflow_dist(k,j,3,l) = w(k,j,i)   - avpr(k,3,l)
179                inflow_dist(k,j,4,l) = pt(k,j,i)  - avpr(k,4,l)
180                inflow_dist(k,j,5,l) = e(k,j,i)   - avpr(k,5,l)
181                IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )                          &
182                   inflow_dist(k,j,6,l) = q(k,j,i) - avpr(k,6,l)
183            ENDDO
184          ENDDO
185          i = i + 1
186       ENDDO
187
188    ENDIF
189#else
190    DO  l = 1, nbgp
191       DO  j = nysg, nyng
192          DO  k = nzb, nzt+1
193
194             inflow_dist(k,j,1,l) = u(k,j,i+1) - avpr(k,1,l)
195             inflow_dist(k,j,2,l) = v(k,j,i)   - avpr(k,2,l)
196             inflow_dist(k,j,3,l) = w(k,j,i)   - avpr(k,3,l)
197             inflow_dist(k,j,4,l) = pt(k,j,i)  - avpr(k,4,l)
198             inflow_dist(k,j,5,l) = e(k,j,i)   - avpr(k,5,l)
199             IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )                             &
200                inflow_dist(k,j,6,l) = q(k,j,i) - avpr(k,6,l)
201             
202          ENDDO
203       ENDDO
204       i = i + 1
205    ENDDO
206#endif
207
208!
209!-- For parallel runs, send the disturbances to the respective inflow PE
210#if defined( __parallel )
211    IF ( myidx == id_recycling  .AND.  myidx /= id_inflow )  THEN
212
213       CALL MPI_SEND( inflow_dist(nzb,nysg,1,1), ngp_ifd, MPI_REAL,            &
214                      id_inflow, 1, comm1dx, ierr )
215
216    ELSEIF ( myidx /= id_recycling  .AND.  myidx == id_inflow )  THEN
217
218       inflow_dist = 0.0_wp
219       CALL MPI_RECV( inflow_dist(nzb,nysg,1,1), ngp_ifd, MPI_REAL,            &
220                      id_recycling, 1, comm1dx, status, ierr )
221
222    ENDIF
223
224   
225    IF ( recycling_yshift .AND. myidx == id_inflow ) THEN
226
227       IF ( pdims(2) >= 2 ) THEN
228 
229          IF ( myidy >= INT( pdims(2) / 2 ) ) THEN
230             prev = myidy - INT( pdims(2) / 2 )
231          ELSE
232             prev = pdims(2) - ( INT( pdims(2) / 2 ) - myidy )
233          ENDIF
234       
235          IF ( myidy < pdims(2) - INT( pdims(2) / 2 ) ) THEN
236             next = myidy + INT( pdims(2) / 2 )
237          ELSE
238             next = INT( pdims(2) / 2 ) - ( pdims(2) - myidy )
239          ENDIF
240
241       ENDIF
242
243       local_inflow_dist = 0.0_wp
244   
245       CALL MPI_SENDRECV( inflow_dist(nzb,nysg,1,1), ngp_ifd, MPI_REAL,        &
246                          next, 1, local_inflow_dist(nzb,nysg,1,1), ngp_ifd,   &
247                          MPI_REAL, prev, 1, comm1dy, status, ierr )
248       
249    ENDIF
250
251#endif
252
253!
254!-- Add the disturbance at the inflow
255    IF ( nxl == 0 )  THEN
256       
257       IF ( recycling_yshift ) THEN       
258
259          DO  j = nysg, nyng
260             DO  k = nzb, nzt + 1
261
262                u(k,j,-nbgp+1:0) = mean_inflow_profiles(k,1) +                 &
263                                   local_inflow_dist(k,j,1,1:nbgp) *           &
264                                   inflow_damping_factor(k)
265                v(k,j,-nbgp:-1)  = mean_inflow_profiles(k,2) +                 &
266                                   local_inflow_dist(k,j,2,1:nbgp) *           &
267                                   inflow_damping_factor(k)
268                w(k,j,-nbgp:-1)  =                                             &
269                                   local_inflow_dist(k,j,3,1:nbgp) *           &
270                                   inflow_damping_factor(k)
271                pt(k,j,-nbgp:-1) = mean_inflow_profiles(k,4) +                 &
272                                   local_inflow_dist(k,j,4,1:nbgp) *           &
273                                   inflow_damping_factor(k)
274                e(k,j,-nbgp:-1)  = mean_inflow_profiles(k,5) +                 &
275                                   local_inflow_dist(k,j,5,1:nbgp) *           &
276                                   inflow_damping_factor(k)
277                e(k,j,-nbgp:-1)  = MAX( e(k,j,-nbgp:-1), 0.0_wp )
278
279                IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )                          &
280                   q(k,j,-nbgp:-1)  = mean_inflow_profiles(k,6) +              &
281                                      local_inflow_dist(k,j,6,1:nbgp) *        &
282                                      inflow_damping_factor(k)
283
284             ENDDO
285          ENDDO
286
287       ELSE
288
289          DO  j = nysg, nyng
290             DO  k = nzb, nzt + 1
291 
292                u(k,j,-nbgp+1:0) = mean_inflow_profiles(k,1) +                 &
293                           inflow_dist(k,j,1,1:nbgp) * inflow_damping_factor(k)
294                v(k,j,-nbgp:-1)  = mean_inflow_profiles(k,2) +                 &
295                           inflow_dist(k,j,2,1:nbgp) * inflow_damping_factor(k)
296                w(k,j,-nbgp:-1)  =                                             &
297                           inflow_dist(k,j,3,1:nbgp) * inflow_damping_factor(k)
298                pt(k,j,-nbgp:-1) = mean_inflow_profiles(k,4) +                 &
299                           inflow_dist(k,j,4,1:nbgp) * inflow_damping_factor(k)
300                e(k,j,-nbgp:-1)  = mean_inflow_profiles(k,5) +                 &
301                           inflow_dist(k,j,5,1:nbgp) * inflow_damping_factor(k)
302                e(k,j,-nbgp:-1)  = MAX( e(k,j,-nbgp:-1), 0.0_wp )
303
304                IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )                          &
305                   q(k,j,-nbgp:-1)  = mean_inflow_profiles(k,6) +              &
306                           inflow_dist(k,j,6,1:nbgp) * inflow_damping_factor(k)
307
308             ENDDO
309          ENDDO
310
311       ENDIF
312   
313    ENDIF
314
315
316    CALL cpu_log( log_point(40), 'inflow_turbulence', 'stop' )
317
318
319 END SUBROUTINE inflow_turbulence
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.