source: palm/trunk/SOURCE/sor.f90 @ 2037

Last change on this file since 2037 was 2037, checked in by knoop, 5 years ago

Anelastic approximation implemented

  • Property svn:keywords set to Id
File size: 8.4 KB
Line 
1!> @file sor.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
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 1997-2016 Leibniz Universitaet Hannover
18!------------------------------------------------------------------------------!
19!
20! Current revisions:
21! -----------------
22! Anelastic approximation implemented
23!
24! Former revisions:
25! -----------------
26! $Id: sor.f90 2037 2016-10-26 11:15:40Z knoop $
27!
28! 2000 2016-08-20 18:09:15Z knoop
29! Forced header and separation lines into 80 columns
30!
31! 1762 2016-02-25 12:31:13Z hellstea
32! Introduction of nested domain feature
33!
34! 1682 2015-10-07 23:56:08Z knoop
35! Code annotations made doxygen readable
36!
37! 1353 2014-04-08 15:21:23Z heinze
38! REAL constants provided with KIND-attribute
39!
40! 1320 2014-03-20 08:40:49Z raasch
41! ONLY-attribute added to USE-statements,
42! kind-parameters added to all INTEGER and REAL declaration statements,
43! kinds are defined in new module kinds,
44! old module precision_kind is removed,
45! revision history before 2012 removed,
46! comment fields (!:) to be used for variable explanations added to
47! all variable declaration statements
48!
49! 1036 2012-10-22 13:43:42Z raasch
50! code put under GPL (PALM 3.9)
51!
52! Revision 1.1  1997/08/11 06:25:56  raasch
53! Initial revision
54!
55!
56! Description:
57! ------------
58!> Solve the Poisson-equation with the SOR-Red/Black-scheme.
59!------------------------------------------------------------------------------!
60 SUBROUTINE sor( d, ddzu, ddzw, p )
61
62    USE arrays_3d,                                                             &
63        ONLY:  rho_air, rho_air_zw
64
65    USE grid_variables,                                                        &
66        ONLY:  ddx2, ddy2
67
68    USE indices,                                                               &
69        ONLY:  nbgp, nxl, nxlg, nxr, nxrg, nyn, nyng, nys, nysg, nz, nzb, nzt
70
71    USE kinds
72
73    USE control_parameters,                                                    &
74        ONLY:  bc_lr_cyc, bc_ns_cyc, ibc_p_b, ibc_p_t, inflow_l, inflow_n,     &
75               inflow_r, inflow_s, nest_bound_l, nest_bound_n, nest_bound_r,   &
76               nest_bound_s, n_sor, omega_sor, outflow_l, outflow_n,           &
77               outflow_r, outflow_s
78
79    IMPLICIT NONE
80
81    INTEGER(iwp) ::  i              !<
82    INTEGER(iwp) ::  j              !<
83    INTEGER(iwp) ::  k              !<
84    INTEGER(iwp) ::  n              !<
85    INTEGER(iwp) ::  nxl1           !<
86    INTEGER(iwp) ::  nxl2           !<
87    INTEGER(iwp) ::  nys1           !<
88    INTEGER(iwp) ::  nys2           !<
89
90    REAL(wp)     ::  ddzu(1:nz+1)   !<
91    REAL(wp)     ::  ddzw(1:nzt+1)  !<
92
93    REAL(wp)     ::  d(nzb+1:nzt,nys:nyn,nxl:nxr)      !<
94    REAL(wp)     ::  p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg)  !<
95
96    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  f1         !<
97    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  f2         !<
98    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  f3         !<
99
100    ALLOCATE( f1(1:nz), f2(1:nz), f3(1:nz) )
101
102!
103!-- Compute pre-factors.
104    DO  k = 1, nz
105         f2(k) = ddzu(k+1) * ddzw(k) * rho_air_zw(k)
106         f3(k) = ddzu(k)   * ddzw(k) * rho_air_zw(k-1)
107         f1(k) = 2.0_wp * ( ddx2 + ddy2 ) * rho_air(k) + f2(k) + f3(k)
108    ENDDO
109
110!
111!-- Limits for RED- and BLACK-part.
112    IF ( MOD( nxl , 2 ) == 0 )  THEN
113       nxl1 = nxl
114       nxl2 = nxl + 1
115    ELSE
116       nxl1 = nxl + 1
117       nxl2 = nxl
118    ENDIF
119    IF ( MOD( nys , 2 ) == 0 )  THEN
120       nys1 = nys
121       nys2 = nys + 1
122    ELSE
123       nys1 = nys + 1
124       nys2 = nys
125    ENDIF
126
127    DO  n = 1, n_sor
128
129!
130!--    RED-part
131       DO  i = nxl1, nxr, 2
132          DO  j = nys2, nyn, 2
133             DO  k = nzb+1, nzt
134                p(k,j,i) = p(k,j,i) + omega_sor / f1(k) * (            &
135                           rho_air(k) * ddx2 * ( p(k,j,i+1) + p(k,j,i-1) ) +   &
136                           rho_air(k) * ddy2 * ( p(k,j+1,i) + p(k,j-1,i) ) +   &
137                           f2(k) * p(k+1,j,i)                              +   &
138                           f3(k) * p(k-1,j,i)                              -   &
139                           d(k,j,i)                                        -   &
140                           f1(k) * p(k,j,i)           )
141             ENDDO
142          ENDDO
143       ENDDO
144
145       DO  i = nxl2, nxr, 2
146          DO  j = nys1, nyn, 2
147             DO  k = nzb+1, nzt
148                p(k,j,i) = p(k,j,i) + omega_sor / f1(k) * (                    &
149                           rho_air(k) * ddx2 * ( p(k,j,i+1) + p(k,j,i-1) ) +   &
150                           rho_air(k) * ddy2 * ( p(k,j+1,i) + p(k,j-1,i) ) +   &
151                           f2(k) * p(k+1,j,i)                              +   &
152                           f3(k) * p(k-1,j,i)                              -   &
153                           d(k,j,i)                                        -   &
154                           f1(k) * p(k,j,i)           )
155             ENDDO
156          ENDDO
157       ENDDO
158
159!
160!--    Exchange of boundary values for p.
161       CALL exchange_horiz( p, nbgp )
162
163!
164!--    Horizontal (Neumann) boundary conditions in case of non-cyclic boundaries
165       IF ( .NOT. bc_lr_cyc )  THEN
166          IF ( inflow_l .OR. outflow_l .OR. nest_bound_l )  p(:,:,nxl-1) = p(:,:,nxl)
167          IF ( inflow_r .OR. outflow_r .OR. nest_bound_r )  p(:,:,nxr+1) = p(:,:,nxr)
168       ENDIF
169       IF ( .NOT. bc_ns_cyc )  THEN
170          IF ( inflow_n .OR. outflow_n .OR. nest_bound_n )  p(:,nyn+1,:) = p(:,nyn,:)
171          IF ( inflow_s .OR. outflow_s .OR. nest_bound_s )  p(:,nys-1,:) = p(:,nys,:)
172       ENDIF
173
174!
175!--    BLACK-part
176       DO  i = nxl1, nxr, 2
177          DO  j = nys1, nyn, 2
178             DO  k = nzb+1, nzt
179                p(k,j,i) = p(k,j,i) + omega_sor / f1(k) * (            &
180                           rho_air(k) * ddx2 * ( p(k,j,i+1) + p(k,j,i-1) ) +   &
181                           rho_air(k) * ddy2 * ( p(k,j+1,i) + p(k,j-1,i) ) +   &
182                           f2(k) * p(k+1,j,i)                              +   &
183                           f3(k) * p(k-1,j,i)                              -   &
184                           d(k,j,i)                                        -   &
185                           f1(k) * p(k,j,i)           )
186             ENDDO
187          ENDDO
188       ENDDO
189
190       DO  i = nxl2, nxr, 2
191          DO  j = nys2, nyn, 2
192             DO  k = nzb+1, nzt
193                p(k,j,i) = p(k,j,i) + omega_sor / f1(k) * (            &
194                           rho_air(k) * ddx2 * ( p(k,j,i+1) + p(k,j,i-1) ) +   &
195                           rho_air(k) * ddy2 * ( p(k,j+1,i) + p(k,j-1,i) ) +   &
196                           f2(k) * p(k+1,j,i)                              +   &
197                           f3(k) * p(k-1,j,i)                              -   &
198                           d(k,j,i)                                        -   &
199                           f1(k) * p(k,j,i)           )
200             ENDDO
201          ENDDO
202       ENDDO
203
204!
205!--    Exchange of boundary values for p.
206       CALL exchange_horiz( p, nbgp )
207
208!
209!--    Boundary conditions top/bottom.
210!--    Bottom boundary
211       IF ( ibc_p_b == 1 )  THEN       !       Neumann
212          p(nzb,:,:) = p(nzb+1,:,:)
213       ELSE                            !       Dirichlet
214          p(nzb,:,:) = 0.0_wp
215       ENDIF
216
217!
218!--    Top boundary
219       IF ( ibc_p_t == 1 )  THEN                 !  Neumann
220          p(nzt+1,:,:) = p(nzt,:,:)
221       ELSE                      !  Dirichlet
222          p(nzt+1,:,:) = 0.0_wp
223       ENDIF
224
225!
226!--    Horizontal (Neumann) boundary conditions in case of non-cyclic boundaries
227       IF ( .NOT. bc_lr_cyc )  THEN
228          IF ( inflow_l .OR. outflow_l .OR. nest_bound_l )  p(:,:,nxl-1) = p(:,:,nxl)
229          IF ( inflow_r .OR. outflow_r .OR. nest_bound_r )  p(:,:,nxr+1) = p(:,:,nxr)
230       ENDIF
231       IF ( .NOT. bc_ns_cyc )  THEN
232          IF ( inflow_n .OR. outflow_n .OR. nest_bound_n )  p(:,nyn+1,:) = p(:,nyn,:)
233          IF ( inflow_s .OR. outflow_s .OR. nest_bound_s )  p(:,nys-1,:) = p(:,nys,:)
234       ENDIF
235
236
237    ENDDO
238
239    DEALLOCATE( f1, f2, f3 )
240
241 END SUBROUTINE sor
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.