source: palm/trunk/SOURCE/sor.f90 @ 4466

Last change on this file since 4466 was 4457, checked in by raasch, 4 years ago

ghost point exchange modularized, bugfix for wrong 2d-exchange

  • Property svn:keywords set to Id
File size: 7.9 KB
Line 
1!> @file sor.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 1997-2020 Leibniz Universitaet Hannover
18!------------------------------------------------------------------------------!
19!
20! Current revisions:
21! -----------------
22!
23!
24! Former revisions:
25! -----------------
26! $Id: sor.f90 4457 2020-03-11 14:20:43Z suehring $
27! use statement for exchange horiz added
28!
29! 4360 2020-01-07 11:25:50Z suehring
30! Corrected "Former revisions" section
31!
32! 3655 2019-01-07 16:51:22Z knoop
33! Rename variables in mesoscale-offline nesting mode
34!
35! Revision 1.1  1997/08/11 06:25:56  raasch
36! Initial revision
37!
38!
39! Description:
40! ------------
41!> Solve the Poisson-equation with the SOR-Red/Black-scheme.
42!------------------------------------------------------------------------------!
43 SUBROUTINE sor( d, ddzu, ddzw, p )
44
45    USE arrays_3d,                                                             &
46        ONLY:  rho_air, rho_air_zw
47
48    USE control_parameters,                                                    &
49        ONLY:  bc_dirichlet_l, bc_dirichlet_n, bc_dirichlet_r,                 &
50               bc_dirichlet_s, bc_lr_cyc, bc_ns_cyc, bc_radiation_l,           &
51               bc_radiation_n, bc_radiation_r, bc_radiation_s, ibc_p_b,        &
52               ibc_p_t, n_sor, omega_sor
53
54    USE exchange_horiz_mod,                                                    &
55        ONLY:  exchange_horiz
56
57    USE grid_variables,                                                        &
58        ONLY:  ddx2, ddy2
59
60    USE indices,                                                               &
61        ONLY:  nbgp, nxl, nxlg, nxr, nxrg, nyn, nyng, nys, nysg, nz, nzb, nzt
62
63    USE kinds
64
65    IMPLICIT NONE
66
67    INTEGER(iwp) ::  i              !<
68    INTEGER(iwp) ::  j              !<
69    INTEGER(iwp) ::  k              !<
70    INTEGER(iwp) ::  n              !<
71    INTEGER(iwp) ::  nxl1           !<
72    INTEGER(iwp) ::  nxl2           !<
73    INTEGER(iwp) ::  nys1           !<
74    INTEGER(iwp) ::  nys2           !<
75
76    REAL(wp)     ::  ddzu(1:nz+1)   !<
77    REAL(wp)     ::  ddzw(1:nzt+1)  !<
78
79    REAL(wp)     ::  d(nzb+1:nzt,nys:nyn,nxl:nxr)      !<
80    REAL(wp)     ::  p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg)  !<
81
82    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  f1         !<
83    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  f2         !<
84    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  f3         !<
85
86    ALLOCATE( f1(1:nz), f2(1:nz), f3(1:nz) )
87
88!
89!-- Compute pre-factors.
90    DO  k = 1, nz
91         f2(k) = ddzu(k+1) * ddzw(k) * rho_air_zw(k)
92         f3(k) = ddzu(k)   * ddzw(k) * rho_air_zw(k-1)
93         f1(k) = 2.0_wp * ( ddx2 + ddy2 ) * rho_air(k) + f2(k) + f3(k)
94    ENDDO
95
96!
97!-- Limits for RED- and BLACK-part.
98    IF ( MOD( nxl , 2 ) == 0 )  THEN
99       nxl1 = nxl
100       nxl2 = nxl + 1
101    ELSE
102       nxl1 = nxl + 1
103       nxl2 = nxl
104    ENDIF
105    IF ( MOD( nys , 2 ) == 0 )  THEN
106       nys1 = nys
107       nys2 = nys + 1
108    ELSE
109       nys1 = nys + 1
110       nys2 = nys
111    ENDIF
112
113    DO  n = 1, n_sor
114
115!
116!--    RED-part
117       DO  i = nxl1, nxr, 2
118          DO  j = nys2, nyn, 2
119             DO  k = nzb+1, nzt
120                p(k,j,i) = p(k,j,i) + omega_sor / f1(k) * (            &
121                           rho_air(k) * ddx2 * ( p(k,j,i+1) + p(k,j,i-1) ) +   &
122                           rho_air(k) * ddy2 * ( p(k,j+1,i) + p(k,j-1,i) ) +   &
123                           f2(k) * p(k+1,j,i)                              +   &
124                           f3(k) * p(k-1,j,i)                              -   &
125                           d(k,j,i)                                        -   &
126                           f1(k) * p(k,j,i)           )
127             ENDDO
128          ENDDO
129       ENDDO
130
131       DO  i = nxl2, nxr, 2
132          DO  j = nys1, 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!
146!--    Exchange of boundary values for p.
147       CALL exchange_horiz( p, nbgp )
148
149!
150!--    Horizontal (Neumann) boundary conditions in case of non-cyclic boundaries
151       IF ( .NOT. bc_lr_cyc )  THEN
152          IF ( bc_dirichlet_l  .OR.  bc_radiation_l )  p(:,:,nxl-1) = p(:,:,nxl)
153          IF ( bc_dirichlet_r  .OR.  bc_radiation_r )  p(:,:,nxr+1) = p(:,:,nxr)
154       ENDIF
155       IF ( .NOT. bc_ns_cyc )  THEN
156          IF ( bc_dirichlet_n  .OR.  bc_radiation_n )  p(:,nyn+1,:) = p(:,nyn,:)
157          IF ( bc_dirichlet_s  .OR.  bc_radiation_s )  p(:,nys-1,:) = p(:,nys,:)
158       ENDIF
159
160!
161!--    BLACK-part
162       DO  i = nxl1, nxr, 2
163          DO  j = nys1, nyn, 2
164             DO  k = nzb+1, nzt
165                p(k,j,i) = p(k,j,i) + omega_sor / f1(k) * (            &
166                           rho_air(k) * ddx2 * ( p(k,j,i+1) + p(k,j,i-1) ) +   &
167                           rho_air(k) * ddy2 * ( p(k,j+1,i) + p(k,j-1,i) ) +   &
168                           f2(k) * p(k+1,j,i)                              +   &
169                           f3(k) * p(k-1,j,i)                              -   &
170                           d(k,j,i)                                        -   &
171                           f1(k) * p(k,j,i)           )
172             ENDDO
173          ENDDO
174       ENDDO
175
176       DO  i = nxl2, nxr, 2
177          DO  j = nys2, 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!
191!--    Exchange of boundary values for p.
192       CALL exchange_horiz( p, nbgp )
193
194!
195!--    Boundary conditions top/bottom.
196!--    Bottom boundary
197       IF ( ibc_p_b == 1 )  THEN       !       Neumann
198          p(nzb,:,:) = p(nzb+1,:,:)
199       ELSE                            !       Dirichlet
200          p(nzb,:,:) = 0.0_wp
201       ENDIF
202
203!
204!--    Top boundary
205       IF ( ibc_p_t == 1 )  THEN                 !  Neumann
206          p(nzt+1,:,:) = p(nzt,:,:)
207       ELSE                      !  Dirichlet
208          p(nzt+1,:,:) = 0.0_wp
209       ENDIF
210
211!
212!--    Horizontal (Neumann) boundary conditions in case of non-cyclic boundaries
213       IF ( .NOT. bc_lr_cyc )  THEN
214          IF ( bc_dirichlet_l  .OR.  bc_radiation_l )  p(:,:,nxl-1) = p(:,:,nxl)
215          IF ( bc_dirichlet_r  .OR.  bc_radiation_r )  p(:,:,nxr+1) = p(:,:,nxr)
216       ENDIF
217       IF ( .NOT. bc_ns_cyc )  THEN
218          IF ( bc_dirichlet_n  .OR.  bc_radiation_n )  p(:,nyn+1,:) = p(:,nyn,:)
219          IF ( bc_dirichlet_s  .OR.  bc_radiation_s )  p(:,nys-1,:) = p(:,nys,:)
220       ENDIF
221
222
223    ENDDO
224
225    DEALLOCATE( f1, f2, f3 )
226
227 END SUBROUTINE sor
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.