source: palm/trunk/SOURCE/inflow_turbulence.f90 @ 4183

Last change on this file since 4183 was 4183, checked in by oliver.maas, 2 years ago

simplified steering of recycling of absolute values. Replaced initialization parameter recycle_absolute_quantities by recycling_method_for_thermodynamic_quantities.

  • Property svn:keywords set to Id
File size: 12.3 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
6! terms of the GNU General Public License as published by the Free Software
7! Foundation, either version 3 of the License, or (at your option) any later
8! version.
9!
10! PALM is distributed in the hope that it will be useful, but WITHOUT ANY
11! WARRANTY; without even the implied warranty of MERCHANTABILITY or FITNESS FOR
12! A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU General Public License for more details.
13!
14! You should have received a copy of the GNU General Public License along with
15! PALM. If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
16!
17! Copyright 1997-2019 Leibniz Universitaet Hannover
18!------------------------------------------------------------------------------!
19!
20! Current revisions:
21! -----------------
22!
23!
24! Former revisions:
25! -----------------
26! $Id: inflow_turbulence.f90 4183 2019-08-23 07:33:16Z oliver.maas $
27! simplified steering of recycling of absolute values by initialization
28! parameter recycling_method_for_thermodynamic_quantities
29!
30! 4182 2019-08-22 15:20:23Z scharf
31! Corrected "Former revisions" section
32!
33! 4172 2019-08-20 11:55:33Z oliver.maas
34! added optional recycling of absolute values for pt and q
35!
36! 3655 2019-01-07 16:51:22Z knoop
37! Corrected "Former revisions" section
38!
39! Initial version (2008/03/07)
40!
41! Description:
42! ------------
43!> Imposing turbulence at the respective inflow using the turbulence
44!> recycling method of Kataoka and Mizuno (2002).
45!------------------------------------------------------------------------------!
46 SUBROUTINE inflow_turbulence
47 
48
49    USE arrays_3d,                                                             &
50        ONLY:  e, inflow_damping_factor, mean_inflow_profiles, pt, q, s, u, v, w
51       
52    USE control_parameters,                                                    &
53        ONLY:  humidity, passive_scalar, recycling_plane, recycling_yshift,    &
54               recycling_method_for_thermodynamic_quantities
55       
56    USE cpulog,                                                                &
57        ONLY:  cpu_log, log_point
58       
59    USE indices,                                                               &
60        ONLY:  nbgp, nxl, ny, nyn, nys, nyng, nysg, nzb, nzt
61       
62    USE kinds
63   
64    USE pegrid
65
66
67    IMPLICIT NONE
68   
69    INTEGER(iwp) ::  i        !< loop index
70    INTEGER(iwp) ::  j        !< loop index
71    INTEGER(iwp) ::  k        !< loop index
72    INTEGER(iwp) ::  l        !< loop index
73    INTEGER(iwp) ::  next     !< ID of receiving PE for y-shift
74    INTEGER(iwp) ::  ngp_ifd  !< number of grid points stored in avpr
75    INTEGER(iwp) ::  ngp_pr   !< number of grid points stored in inflow_dist
76    INTEGER(iwp) ::  prev     !< ID of sending PE for y-shift
77
78    REAL(wp), DIMENSION(nzb:nzt+1,7,nbgp)           ::                         &
79       avpr               !< stores averaged profiles at recycling plane
80    REAL(wp), DIMENSION(nzb:nzt+1,7,nbgp)           ::                         &
81       avpr_l             !< auxiliary variable to calculate avpr
82    REAL(wp), DIMENSION(nzb:nzt+1,nysg:nyng,7,nbgp) ::                         &
83       inflow_dist        !< turbulence signal of vars, added at inflow boundary
84    REAL(wp), DIMENSION(nzb:nzt+1,nysg:nyng,7,nbgp) ::                         &
85       local_inflow_dist  !< auxiliary variable for inflow_dist, used for yshift
86   
87    CALL cpu_log( log_point(40), 'inflow_turbulence', 'start' )
88   
89!
90!-- Carry out spanwise averaging in the recycling plane
91    avpr_l = 0.0_wp
92    ngp_pr = ( nzt - nzb + 2 ) * 7 * nbgp
93    ngp_ifd = ngp_pr * ( nyn - nys + 1 + 2 * nbgp )
94
95!
96!-- First, local averaging within the recycling domain
97    i = recycling_plane
98
99#if defined( __parallel )
100    IF ( myidx == id_recycling )  THEN
101       
102       DO  l = 1, nbgp
103          DO  j = nys, nyn
104             DO  k = nzb, nzt + 1
105
106                avpr_l(k,1,l) = avpr_l(k,1,l) + u(k,j,i)
107                avpr_l(k,2,l) = avpr_l(k,2,l) + v(k,j,i)
108                avpr_l(k,3,l) = avpr_l(k,3,l) + w(k,j,i)
109                avpr_l(k,4,l) = avpr_l(k,4,l) + pt(k,j,i)
110                avpr_l(k,5,l) = avpr_l(k,5,l) + e(k,j,i)
111                IF ( humidity )                                                &
112                   avpr_l(k,6,l) = avpr_l(k,6,l) + q(k,j,i)
113                IF ( passive_scalar )                                          &
114                   avpr_l(k,7,l) = avpr_l(k,7,l) + s(k,j,i)
115
116             ENDDO
117          ENDDO
118          i = i + 1
119       ENDDO
120
121    ENDIF
122!
123!-- Now, averaging over all PEs
124    IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
125    CALL MPI_ALLREDUCE( avpr_l(nzb,1,1), avpr(nzb,1,1), ngp_pr, MPI_REAL,      &
126                        MPI_SUM, comm2d, ierr )
127
128#else
129    DO  l = 1, nbgp
130       DO  j = nys, nyn
131          DO  k = nzb, nzt + 1
132
133             avpr_l(k,1,l) = avpr_l(k,1,l) + u(k,j,i)
134             avpr_l(k,2,l) = avpr_l(k,2,l) + v(k,j,i)
135             avpr_l(k,3,l) = avpr_l(k,3,l) + w(k,j,i)
136             avpr_l(k,4,l) = avpr_l(k,4,l) + pt(k,j,i)
137             avpr_l(k,5,l) = avpr_l(k,5,l) + e(k,j,i)
138             IF ( humidity )                                                   &
139                avpr_l(k,6,l) = avpr_l(k,6,l) + q(k,j,i)
140             IF ( passive_scalar )                                             &
141                avpr_l(k,7,l) = avpr_l(k,7,l) + s(k,j,i)
142
143          ENDDO
144       ENDDO
145       i = i + 1 
146    ENDDO
147   
148    avpr = avpr_l
149#endif
150
151    avpr = avpr / ( ny + 1 )
152!
153!-- Calculate the disturbances at the recycling plane
154!-- for recycling of absolute quantities, the disturbance is defined as the absolute value
155!-- (and not as the deviation from the mean profile)
156    i = recycling_plane
157
158#if defined( __parallel )
159    IF ( myidx == id_recycling )  THEN
160       DO  l = 1, nbgp
161          DO  j = nysg, nyng
162             DO  k = nzb, nzt + 1
163                inflow_dist(k,j,1,l) = u(k,j,i+1) - avpr(k,1,l)
164                inflow_dist(k,j,2,l) = v(k,j,i)   - avpr(k,2,l)
165                inflow_dist(k,j,3,l) = w(k,j,i)   - avpr(k,3,l)
166                IF ( TRIM( recycling_method_for_thermodynamic_quantities )     &
167                   == 'turbulent_fluctuation' )  THEN
168                   inflow_dist(k,j,4,l) = pt(k,j,i) - avpr(k,4,l)
169                ELSEIF ( TRIM( recycling_method_for_thermodynamic_quantities ) &
170                   == 'absolute_value' )  THEN
171                   inflow_dist(k,j,4,l) = pt(k,j,i)
172                ENDIF
173                inflow_dist(k,j,5,l) = e(k,j,i)   - avpr(k,5,l)
174                IF ( humidity ) THEN
175                   IF ( TRIM( recycling_method_for_thermodynamic_quantities )  &
176                      == 'turbulent_fluctuation' )  THEN
177                      inflow_dist(k,j,6,l) = q(k,j,i) - avpr(k,6,l)
178                   ELSEIF ( TRIM( recycling_method_for_thermodynamic_quantities )  &
179                      == 'absolute_value' )  THEN
180                      inflow_dist(k,j,6,l) = q(k,j,i)
181                   ENDIF
182                ENDIF
183                IF ( passive_scalar )                                          &
184                   inflow_dist(k,j,7,l) = s(k,j,i) - avpr(k,7,l)
185            ENDDO
186          ENDDO
187          i = i + 1
188       ENDDO
189
190    ENDIF
191#else
192    DO  l = 1, nbgp
193       DO  j = nysg, nyng
194          DO  k = nzb, nzt+1
195             inflow_dist(k,j,1,l) = u(k,j,i+1) - avpr(k,1,l)
196             inflow_dist(k,j,2,l) = v(k,j,i)   - avpr(k,2,l)
197             inflow_dist(k,j,3,l) = w(k,j,i)   - avpr(k,3,l)
198             IF ( TRIM( recycling_method_for_thermodynamic_quantities )        &
199                   == 'turbulent_fluctuation' )  THEN
200                inflow_dist(k,j,4,l) = pt(k,j,i) - avpr(k,4,l)
201             ELSEIF ( TRIM( recycling_method_for_thermodynamic_quantities )    &
202                   == 'absolute_value' )  THEN
203                inflow_dist(k,j,4,l) = pt(k,j,i)
204             ENDIF
205             inflow_dist(k,j,5,l) = e(k,j,i)   - avpr(k,5,l)
206             IF ( humidity )  THEN
207                IF ( TRIM( recycling_method_for_thermodynamic_quantities )     &
208                      == 'turbulent_fluctuation' )  THEN
209                   inflow_dist(k,j,6,l) = q(k,j,i) - avpr(k,6,l)
210                ELSEIF ( TRIM( recycling_method_for_thermodynamic_quantities ) &
211                      == 'absolute_value' )  THEN
212                   inflow_dist(k,j,6,l) = q(k,j,i)
213                ENDIF
214             ENDIF
215             IF ( passive_scalar )                                             &
216                inflow_dist(k,j,7,l) = s(k,j,i) - avpr(k,7,l)
217             
218          ENDDO
219       ENDDO
220       i = i + 1
221    ENDDO
222#endif
223
224!
225!-- For parallel runs, send the disturbances to the respective inflow PE
226#if defined( __parallel )
227    IF ( myidx == id_recycling  .AND.  myidx /= id_inflow )  THEN
228
229       CALL MPI_SEND( inflow_dist(nzb,nysg,1,1), ngp_ifd, MPI_REAL,            &
230                      id_inflow, 1, comm1dx, ierr )
231
232    ELSEIF ( myidx /= id_recycling  .AND.  myidx == id_inflow )  THEN
233
234       inflow_dist = 0.0_wp
235       CALL MPI_RECV( inflow_dist(nzb,nysg,1,1), ngp_ifd, MPI_REAL,            &
236                      id_recycling, 1, comm1dx, status, ierr )
237
238    ENDIF
239
240!
241!-- y-shift for inflow_dist
242!-- Shift inflow_dist in positive y direction by a distance of INT( npey / 2 )
243    IF ( recycling_yshift .AND. myidx == id_inflow ) THEN
244!
245!--    Calculate the ID of the PE which sends data to this PE (prev) and of the
246!--    PE which receives data from this PE (next).
247       IF ( myidy >= INT( pdims(2) / 2 ) ) THEN
248          prev = myidy - INT( pdims(2) / 2 )
249       ELSE
250          prev = pdims(2) - ( INT( pdims(2) / 2 ) - myidy )
251       ENDIF
252     
253       IF ( myidy < pdims(2) - INT( pdims(2) / 2 ) ) THEN
254          next = myidy + INT( pdims(2) / 2 )
255       ELSE
256          next = INT( pdims(2) / 2 ) - ( pdims(2) - myidy )
257       ENDIF
258
259       local_inflow_dist = 0.0_wp
260
261       CALL MPI_SENDRECV( inflow_dist(nzb,nysg,1,1), ngp_ifd, MPI_REAL,        &
262                          next, 1, local_inflow_dist(nzb,nysg,1,1), ngp_ifd,   &
263                          MPI_REAL, prev, 1, comm1dy, status, ierr )
264
265       inflow_dist = local_inflow_dist
266
267    ENDIF
268
269#endif
270
271!
272!-- Add the disturbance at the inflow
273    IF ( nxl == 0 )  THEN
274
275       DO  j = nysg, nyng
276          DO  k = nzb, nzt + 1
277
278             u(k,j,-nbgp+1:0) = mean_inflow_profiles(k,1) +                    &
279                        inflow_dist(k,j,1,1:nbgp) * inflow_damping_factor(k)
280             v(k,j,-nbgp:-1)  = mean_inflow_profiles(k,2) +                    &
281                        inflow_dist(k,j,2,1:nbgp) * inflow_damping_factor(k)
282             w(k,j,-nbgp:-1)  =                                                &
283                        inflow_dist(k,j,3,1:nbgp) * inflow_damping_factor(k)
284             IF ( TRIM( recycling_method_for_thermodynamic_quantities )        &
285                   == 'turbulent_fluctuation' )  THEN
286                pt(k,j,-nbgp:-1) = mean_inflow_profiles(k,4) +                 &
287                inflow_dist(k,j,4,1:nbgp) * inflow_damping_factor(k)
288             ELSEIF ( TRIM( recycling_method_for_thermodynamic_quantities )    &
289                   == 'absolute_value' )  THEN
290                pt(k,j,-nbgp:-1) = inflow_dist(k,j,4,1:nbgp)
291             ENDIF
292             e(k,j,-nbgp:-1)  = mean_inflow_profiles(k,5) +                    &
293                        inflow_dist(k,j,5,1:nbgp) * inflow_damping_factor(k)
294             e(k,j,-nbgp:-1)  = MAX( e(k,j,-nbgp:-1), 0.0_wp )
295             IF ( humidity )  THEN
296                IF ( TRIM( recycling_method_for_thermodynamic_quantities )     &
297                      == 'turbulent_fluctuation' )  THEN
298                   q(k,j,-nbgp:-1)  = mean_inflow_profiles(k,6) +              & 
299                      inflow_dist(k,j,6,1:nbgp) * inflow_damping_factor(k)
300                ELSEIF ( TRIM( recycling_method_for_thermodynamic_quantities ) &
301                      == 'absolute_value' )  THEN
302                   q(k,j,-nbgp:-1)  = inflow_dist(k,j,6,1:nbgp)
303                ENDIF
304             ENDIF
305             IF ( passive_scalar )                                             &
306                s(k,j,-nbgp:-1)  = mean_inflow_profiles(k,7) +                 &
307                        inflow_dist(k,j,7,1:nbgp) * inflow_damping_factor(k)
308                       
309          ENDDO
310       ENDDO
311
312    ENDIF
313
314
315    CALL cpu_log( log_point(40), 'inflow_turbulence', 'stop' )
316
317
318 END SUBROUTINE inflow_turbulence
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.