Paroi_loi_Ciofalo_hyd_VDF.cpp

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#include <Paroi_loi_Ciofalo_hyd_VDF.h>
#include <Fluide_base.h>
#include <Champ_Uniforme.h>
#include <Domaine_Cl_VDF.h>
#include <Dirichlet_paroi_fixe.h>
#include <Dirichlet_paroi_defilante.h>
#include <Turbulence_paroi_base.h>
#include <Equation_base.h>
#include <Modele_turbulence_hyd_base.h>
 
Implemente_instanciable_sans_constructeur(Paroi_loi_Ciofalo_hyd_VDF,"loi_Ciofalo_hydr_VDF",Paroi_std_hyd_VDF);
 
// PrintOn
Sortie& Paroi_loi_Ciofalo_hyd_VDF::printOn(Sortie& s ) const
{
  return s << que_suis_je() << " " << le_nom();
}
 
// ReadOn
Entree& Paroi_loi_Ciofalo_hyd_VDF::readOn(Entree& s )
{
  Paroi_std_hyd_VDF::readOn(s);
  return s;
}
 
 
/////////////////////////////////////////////////////////////////////
//
//  Implementation des fonctions de la classe Paroi_loi_Ciofalo_hyd_VDF
//
/////////////////////////////////////////////////////////////////////
 
 
// Remplissage de la table
int Paroi_loi_Ciofalo_hyd_VDF::init_lois_paroi_hydraulique()
{
  // Initialisations des constantes du modele :
  Y0=11.81 ;
  Cmu_ = mon_modele_turb_hyd->get_Cmu();
  Erugu =  ( exp ( Kappa_ * Y0) ) / Y0 ;
  return 1;
}
 
// On annule les valeurs des grandeurs turbulentes qui
// correspondent aux mailles de paroi
int Paroi_loi_Ciofalo_hyd_VDF::preparer_calcul_hyd(DoubleTab& tab)
{
  return 1;
}
 
// calculer_hyd pour le k-epsilon
int Paroi_loi_Ciofalo_hyd_VDF::calculer_hyd(DoubleTab& tab_k_eps)
{
  Cerr << " Paroi_loi_Ciofalo_hyd_VDF::calculer_hyd(DoubleTab& tab_k_eps) " << finl;
  Cerr <<  "on ne doit pas entrer dans cette methode" << finl;
  Cerr << " car elle est definie uniquement pour la LES " << finl ;
  return 1 ;
 
 
}
 
int Paroi_loi_Ciofalo_hyd_VDF::calculer_hyd(DoubleTab& tab_nu_t,DoubleTab& tab_k)
{
  const Domaine_VDF& domaine_VDF = ref_cast(Domaine_VDF, le_dom_dis_.valeur());
  const IntVect& orientation = domaine_VDF.orientation();
  const IntTab& face_voisins = domaine_VDF.face_voisins();
  const Equation_base& eqn_hydr = mon_modele_turb_hyd->equation();
  const Fluide_base& le_fluide = ref_cast(Fluide_base, eqn_hydr.milieu());
  const Champ_Don_base& ch_visco_cin = le_fluide.viscosite_cinematique();
 
  // la vitesse resolue par l'equation hydr
  const DoubleVect& vit = eqn_hydr.inconnue().valeurs();
  const DoubleTab& tab_visco = ch_visco_cin.valeurs();
  double visco=-1.;
 
  // l_unif est le parametre de controle
  int l_unif;
 
  // test si la viscosite est un champ uniforme
  // l_unif=0 la viscosite n'est pas uniforme
  // l_unif=1 la viscosite est uniforme
  if (sub_type(Champ_Uniforme,ch_visco_cin))
    {
      visco = std::max(tab_visco(0,0),DMINFLOAT);
      l_unif = 1;
    }
  else
    l_unif = 0;
 
 
  // preparer_calcul_hyd(tab);
 
  // Cas ou la viscosite est nulle !!!!
  if ((!l_unif) && (tab_visco.local_min_vect()<DMINFLOAT))
    //   on ne doit pas changer tab_visco ici !
    {
      Cerr << "In Paroi_loi_Ciofalo_hyd_VDF::calculer_hyd : visco = " << tab_visco.local_min_vect() << " <= 0 ? " << finl;
      throw;
    }
  //    tab_visco+=DMINFLOAT;
 
  int ndeb,nfin;
  int elem,ori;
  double norm_v;
  double dist;
  double u_plus_d_plus,d_visco;
 
  // valeurs qui vallent 0 si la norme de la vitesse est nulle
  double val,val1,val2;
 
 
  // Boucle sur les bords
  for (int n_bord=0; n_bord<domaine_VDF.nb_front_Cl(); n_bord++)
    {
 
      // pour chaque condition limite on regarde son type
      // On applique les lois de paroi uniquement
      // aux voisinages des parois
      const Cond_lim& la_cl = le_dom_Cl_dis_->les_conditions_limites(n_bord);
 
 
      //**********************
      // Condition Paroi_fixe
      //**********************
 
      if (sub_type(Dirichlet_paroi_fixe,la_cl.valeur()) )
        {
          const Front_VF& le_bord = ref_cast(Front_VF,la_cl->frontiere_dis());
          ndeb = le_bord.num_premiere_face();
          nfin = ndeb + le_bord.nb_faces();
 
          // Cas dimension 2
          if (dimension == 2 )
            for (int num_face=ndeb; num_face<nfin; num_face++)
              {
 
                //ori vaut 0,1 ou 2 (0=> x=Cte, 1=> y=Cte ...)
                ori = orientation(num_face);
 
                // face_voisin contient les deux elements voisins d'une face
                // 1er cas le bord est 'a droite' de la face de bord
                // 2e cas le bord est 'a gauche'
                if ( (elem =face_voisins(num_face,0)) != -1)
                  norm_v=norm_2D_vit(vit,elem,ori,domaine_VDF,val);
                else
                  {
                    elem = face_voisins(num_face,1);
                    norm_v=norm_2D_vit(vit,elem,ori,domaine_VDF,val);
                  }
 
                // dist correspondt a la distance entre le centre de la cellule et le bord
                if (axi)
                  dist=domaine_VDF.dist_norm_bord_axi(num_face);
                else
                  dist=domaine_VDF.dist_norm_bord(num_face);
 
                // evaluation de la viscosite
                if (l_unif)
                  d_visco = visco;
                else
                  d_visco = tab_visco[elem];
 
                //u+ d+ = (v d / nu)
                u_plus_d_plus = norm_v*dist/d_visco;
 
                // Calcul de u* et des grandeurs turbulentes
                // a partir de u+d+
                calculer_local(u_plus_d_plus,d_visco,tab_nu_t,tab_k,norm_v,dist,elem,num_face);
                // RQ : Pbls : signe negatif pour le cisaillement pour la paroi sup du canal
                Cerr << "ATTENTION!!! MODIFS FAITE POUR 3D ETENDUE A 2D MAIS NON VERIFIEE POUR 2D!!!!" << finl;
                int num_elem = domaine_VDF.elem_faces(num_face,0);
                if (num_elem == -1)
                  num_elem = domaine_VDF.elem_faces(num_face,1);
                //            double diff =  domaine_VDF.xp(num_elem,ori)- domaine_VDF.xv(num_face,ori);
                //              Cerr << "diff=" << diff << finl;
                //            double signe = diff / std::fabs(diff);
                //              Cerr << "signe=" << signe << finl;
 
                // Calcul de la contrainte tangentielle
                Cisaillement_paroi_(num_face,1-ori) = tab_u_star(num_face)*tab_u_star(num_face)*val;
              }
 
          // Cas dimension 3
          else if (dimension == 3)
            for (int num_face=ndeb; num_face<nfin; num_face++)
              {
 
                //ori vaut 0,1 ou 2 (0=> x=Cte, 1=> y=Cte ...)
                ori = orientation(num_face);
 
                // face_voisin contient les deux elements voisins d'une face
                if ( (elem = face_voisins(num_face,0)) != -1)
                  norm_v=norm_3D_vit(vit,elem,ori,domaine_VDF,val1,val2);
                else
                  {
                    elem = face_voisins(num_face,1);
                    norm_v=norm_3D_vit(vit,elem,ori,domaine_VDF,val1,val2);
                  }
 
                // dist correspondt a la distance entre le centre de la cellule et le bord
                if (axi)
                  dist = domaine_VDF.dist_norm_bord_axi(num_face);
                else
                  dist = domaine_VDF.dist_norm_bord(num_face);
 
                // evaluation de la viscosite
                if (l_unif)
                  d_visco = visco;
                else
                  d_visco = tab_visco[elem];
 
                //u+ d+ = (v d / nu)
                u_plus_d_plus = norm_v*dist/d_visco;
 
                // Calcul de u* et des grandeurs turbulentes:
                // a partir de u+d+
                calculer_local(u_plus_d_plus,d_visco,tab_nu_t,tab_k,norm_v,dist,elem,num_face);
 
                // Calcul des deux composantes de la contrainte tangentielle:
                double vit_frot = tab_u_star(num_face)*tab_u_star(num_face);
                // RQ : Pbls : signe negatif pour le cisaillement pour la paroi sup du canal
                int num_elem = domaine_VDF.elem_faces(num_face,0);
                if (num_elem == -1)
                  num_elem = domaine_VDF.elem_faces(num_face,1);
                //              double diff =  domaine_VDF.xp(num_elem,ori)- domaine_VDF.xv(num_face,ori);
                //              Cerr << "diff=" << diff << finl;
                //              double signe = diff / std::fabs(diff);
                //              Cerr << "signe=" << signe << finl;
 
                if (ori == 0)
                  {
                    Cisaillement_paroi_(num_face,1) = vit_frot*val1;
                    Cisaillement_paroi_(num_face,2) = vit_frot*val2;
                  }
                else if (ori == 1)
                  {
                    Cisaillement_paroi_(num_face,0) = vit_frot*val1;
                    Cisaillement_paroi_(num_face,2) = vit_frot*val2;
                  }
                else
                  {
                    Cisaillement_paroi_(num_face,0) = vit_frot*val1;
                    Cisaillement_paroi_(num_face,1) = vit_frot*val2;
                  }
              }
        }
 
 
      //***************************
      // Condition Paroi_defilante
      //***************************
 
      else if (sub_type(Dirichlet_paroi_defilante,la_cl.valeur()) )
        {
 
          const Dirichlet_paroi_defilante& cl_diri = ref_cast(Dirichlet_paroi_defilante,la_cl.valeur());
          const Front_VF& le_bord = ref_cast(Front_VF,la_cl->frontiere_dis());
          ndeb = le_bord.num_premiere_face();
          nfin = ndeb + le_bord.nb_faces();
          DoubleTab vitesse_imposee_face_bord(le_bord.nb_faces(),dimension);
          for (int face=ndeb; face<nfin; face++)
            for (int k=0; k<dimension; k++)
              vitesse_imposee_face_bord(face-ndeb,k) = cl_diri.val_imp(face-ndeb,k);
 
          // Cas dimension 2
          if (dimension == 2 )
 
            // On calcule au centre des mailles de bord
            // la vitesse parallele a l'axe de la face de bord
            //
            // On calcule la norme de cette vitesse
 
            for (int num_face=ndeb; num_face<nfin; num_face++)
              {
                //ori vaut 0,1 ou 2 (0=> x=Cte, 1=> y=Cte ...)
                ori = orientation(num_face);
 
                int rang = num_face-ndeb;
 
                // face_voisin contient les deux elements voisins d'une face
                if ( (elem = face_voisins(num_face,0)) != -1)
                  norm_v=norm_2D_vit(vit,elem,ori,domaine_VDF,vitesse_imposee_face_bord(rang,0),
                                     vitesse_imposee_face_bord(rang,1),val);
                else
                  {
                    elem = face_voisins(num_face,1);
                    norm_v=norm_2D_vit(vit,elem,ori,domaine_VDF,vitesse_imposee_face_bord(rang,0),
                                       vitesse_imposee_face_bord(rang,1),val);
                  }
 
                // dist correspondt a la distance entre le centre de la cellule et le bord
                if (axi)
                  dist = domaine_VDF.dist_norm_bord_axi(num_face);
                else
                  dist = domaine_VDF.dist_norm_bord(num_face);
 
                // evaluation de la viscosite
                if (l_unif)
                  d_visco = visco;
                else
                  d_visco = tab_visco[elem];
 
                //u+ d+ = (v d / nu)
                // a partir de u+d+
                u_plus_d_plus = norm_v*dist/d_visco;
 
                // Calcul de u* et des grandeurs turbulentes:
                calculer_local(u_plus_d_plus,d_visco,tab_nu_t,tab_k,norm_v,dist,elem,num_face);
 
                // Calcul de la contrainte tangentielle a la paroi:
                Cisaillement_paroi_(num_face,1-ori) = tab_u_star(num_face)*tab_u_star(num_face)*val;
              }
 
          // Cas dimension 3
          else if (dimension == 3)
 
            // On calcule au centre des mailles de bord
            // la vitesse dans le plan parallele a celui de la face de bord
            // On calcule la norme de cette vitesse
 
            for (int num_face=ndeb; num_face<nfin; num_face++)
              {
 
                //ori vaut 0,1 ou 2 (0=> x=Cte, 1=> y=Cte ...)
                ori = orientation(num_face);
 
                int rang = num_face-ndeb;
 
                // face_voisin contient les deux elements voisins d'une face
                if ( (elem = face_voisins(num_face,0)) != -1)
                  norm_v=norm_3D_vit(vit,elem,ori,domaine_VDF,vitesse_imposee_face_bord(rang,0),
                                     vitesse_imposee_face_bord(rang,1),
                                     vitesse_imposee_face_bord(rang,2),val1,val2);
                else
                  {
                    elem =  face_voisins(num_face,1);
                    norm_v=norm_3D_vit(vit,elem,ori,domaine_VDF,vitesse_imposee_face_bord(rang,0),
                                       vitesse_imposee_face_bord(rang,1),
                                       vitesse_imposee_face_bord(rang,2),val1,val2);
                  }
 
                // dist correspondt a la distance entre le centre de la cellule et le bord
                if (axi)
                  dist = domaine_VDF.dist_norm_bord_axi(num_face);
                else
                  dist = domaine_VDF.dist_norm_bord(num_face);
 
                // evaluation de la viscosite
                if (l_unif)
                  d_visco = visco;
                else
                  d_visco = tab_visco[elem];
 
                //u+ d+ = (v d / nu)
                u_plus_d_plus = norm_v*dist/d_visco;
 
                // Calcul de u* et des grandeurs turbulentes:
                // a partir de u+d+
                calculer_local(u_plus_d_plus,d_visco,tab_nu_t,tab_k,norm_v,dist,elem,num_face);
 
 
                // Calcul des deux composantes de la contrainte tangentielle:
                double vit_frot = tab_u_star(num_face)*tab_u_star(num_face);
 
                if (ori == 0)
                  {
                    Cisaillement_paroi_(num_face,1) = vit_frot*val1;
                    Cisaillement_paroi_(num_face,2) = vit_frot*val2;
                  }
                else if (ori == 1)
                  {
                    Cisaillement_paroi_(num_face,0) = vit_frot*val1;
                    Cisaillement_paroi_(num_face,2) = vit_frot*val2;
                  }
                else
                  {
                    Cisaillement_paroi_(num_face,0) = vit_frot*val1;
                    Cisaillement_paroi_(num_face,1) = vit_frot*val2;
                  }
              }
 
        }
    }
  Cisaillement_paroi_.echange_espace_virtuel();
  tab_nu_t.echange_espace_virtuel();
  tab_k.echange_espace_virtuel();
  return 1;
}
 
int Paroi_loi_Ciofalo_hyd_VDF::calculer_local(double u_plus_d_plus,double d_visco,
                                              DoubleTab& tab_nu_t,DoubleTab& tab_k,double norm_vit,
                                              double dist,int elem,int num_face)
{
 
 
  double valmin= Y0*Y0 ;
  // valeur de l'intensite turbulente
  double psi_E, psi_P ;
  // Epaisseur de la sous-couche visqueuse proportionnelle a l'intensite turbulente
  double Y_nu ;
  // constante recalculee pour la continuite de la vitesse
  double E_ ;
  double c=1./3. ;
 
  if ( tab_k(elem) <= 1.E-10 )
    {
      //  Cerr << "calcul normal:" << tab_k(elem) <<  finl ;
 
      if (u_plus_d_plus <= valmin)
        {
          calculer_u_star_sous_couche_visq(norm_vit,d_visco,dist,num_face);
          calculer_sous_couche_visq(tab_nu_t,tab_k,elem);
        }
 
 
      else
        {
          calculer_u_star_couche_log(norm_vit,d_visco,dist,num_face,Erugu);
          calculer_sous_couche_log(tab_nu_t,tab_k,dist,elem,num_face);
        }
    }
 
 
  else
    {
 
      //      Cerr << "calcul ciofalo" << tab_k(elem) << finl ;
 
      psi_P= sqrt( tab_k(elem) )/ norm_vit ;
 
      if (u_plus_d_plus <= valmin )
        psi_E=1/(Y0*pow (Cmu_, 1./4.) ) ;
 
      else
        // on va calculer la valeur de psi_E pour une couche limite a l'equilibre
        // dans la zone log
        {
 
          const int itmax  = 25;
          const double seuil = 0.001;
          const double c1 = Kappa_*norm_vit;
          const double c2 = log(Erugu*dist/d_visco);  // log = logarithme neperien
          double u_star,u_star1;
          double F,F_;
 
          // initialisation des variables
          int iter = 0;
          u_star1 = 1.;
          u_star= 2. ;
 
          // processus iteratif de calcul de u*
          while (( std::fabs((u_star-u_star1)/u_star1) > seuil ) && (iter < itmax ) )
            {
              u_star=u_star1 ;
              iter++ ;
              F= u_star*(log(u_star)+c2) -c1 ;
              F_= log(u_star)+1+c2 ;
              u_star1=u_star- F/F_ ;
            }
 
          if (iter >= itmax) erreur_non_convergence();
 
          // valeur de u_star
          u_star=u_star1;
 
          psi_E= Kappa_ / (log (Erugu*dist*u_star/d_visco)* pow (Cmu_, 1./4.) ) ;
 
        }
 
      // calcul de Y_nu
      Y_nu = Y0*pow( (psi_P/psi_E) , -c );
      // calcul de la nouvelle constante pour la loi log
      E_ = ( exp ( Kappa_ * Y_nu) ) / Y_nu ;
 
      if (u_plus_d_plus <= Y_nu*Y_nu)
        {
          calculer_u_star_sous_couche_visq(norm_vit,d_visco,dist,num_face);
          calculer_sous_couche_visq(tab_nu_t,tab_k,elem);
        }
 
      else
        {
 
          calculer_u_star_couche_log(norm_vit,d_visco,dist,num_face,E_);
          calculer_sous_couche_log(tab_nu_t,tab_k,dist,elem,num_face);
        }
 
 
      // fin du else de test de la valeur de k
    }
 
  tab_d_plus_(num_face) = dist*tab_u_star(num_face)/d_visco;
 
  // test si on sort des limites de validite de la loi log
  if ( (dist*tab_u_star(num_face)/d_visco) > 500. )
    {
      //          Cerr << "Probleme de TRUST dans Paroi_std_hyd_VDF::calculer_local() : " << finl;
      //          Cerr << "on sort du domaine de validite de la loi log" << finl;
      Cerr << "Y+=" << (dist*tab_u_star(num_face)/d_visco) << finl;
    }
 
  return 1;
}
 
 
int Paroi_loi_Ciofalo_hyd_VDF::calculer_u_star_sous_couche_visq(double norm_vit,
                                                                double d_visco,double dist,
                                                                int face)
{
  // Dans la sous couche visqueuse:  u* = sqrt(u*nu/d)
 
  ////tab_u_star_(face) = sqrt(2*norm_vit*d_visco/dist);
  tab_u_star_(face) = sqrt(norm_vit*d_visco/dist);
 
  return 1;
}
 
int Paroi_loi_Ciofalo_hyd_VDF::calculer_u_star_couche_log(double norm_vit,double d_visco,
                                                          double dist, int face, double E_)
{
  // Dans la sous couche inertielle u* est solution d'une equation
  // differentielle resolue de maniere iterative
 
  const int itmax  = 25;
  const double seuil = 0.001;
  const double c1 = Kappa_*norm_vit;
  const double c2 = log(E_*dist/d_visco);  // log = logarithme neperien
  double u_star,u_star1;
  double F,F_;
 
  int iter = 0;
  u_star1 = 1.;
  u_star= 2. ;
 
  while (( std::fabs((u_star-u_star1)/u_star1) > seuil ) && (iter < itmax ) )
    {
      u_star=u_star1 ;
      iter++ ;
      F= u_star*(log(u_star)+c2) -c1 ;
      F_= log(u_star)+1+c2 ;
      u_star1=u_star- F/F_ ;
 
    }
 
  if (iter >= itmax) erreur_non_convergence();
 
  tab_u_star_(face)= u_star1;
 
 
 
  return 1;
}