Line data    Source code

       1           0 : // Distributed under the MIT License.
       2             : // See LICENSE.txt for details.
       3             : 
       4             : #pragma once
       5             : 
       6             : #include "DataStructures/DataBox/Prefixes.hpp"
       7             : #include "DataStructures/Tensor/TypeAliases.hpp"
       8             : #include "Evolution/Systems/ForceFree/Tags.hpp"
       9             : #include "NumericalAlgorithms/LinearOperators/PartialDerivatives.hpp"
      10             : #include "PointwiseFunctions/GeneralRelativity/TagsDeclarations.hpp"
      11             : #include "Utilities/TMPL.hpp"
      12             : 
      13             : /// \cond
      14             : class DataVector;
      15             : /// \endcond
      16             : 
      17             : namespace ForceFree {
      18             : 
      19             : namespace detail {
      20             : void sources_impl(
      21             :     gsl::not_null<tnsr::I<DataVector, 3, Frame::Inertial>*> source_tilde_e,
      22             :     gsl::not_null<tnsr::I<DataVector, 3, Frame::Inertial>*> source_tilde_b,
      23             :     gsl::not_null<Scalar<DataVector>*> source_tilde_psi,
      24             :     gsl::not_null<Scalar<DataVector>*> source_tilde_phi,
      25             : 
      26             :     // temp variables
      27             :     const tnsr::I<DataVector, 3, Frame::Inertial>&
      28             :         trace_spatial_christoffel_second,
      29             : 
      30             :     // EM args
      31             :     const tnsr::I<DataVector, 3, Frame::Inertial>& tilde_e,
      32             :     const tnsr::I<DataVector, 3, Frame::Inertial>& tilde_b,
      33             :     const Scalar<DataVector>& tilde_psi, const Scalar<DataVector>& tilde_phi,
      34             :     const Scalar<DataVector>& tilde_q,
      35             :     const tnsr::I<DataVector, 3, Frame::Inertial>& tilde_j_drift,
      36             :     double kappa_psi, double kappa_phi,
      37             :     // GR args
      38             :     const Scalar<DataVector>& lapse,
      39             :     const tnsr::i<DataVector, 3, Frame::Inertial>& d_lapse,
      40             :     const tnsr::iJ<DataVector, 3, Frame::Inertial>& d_shift,
      41             :     const tnsr::II<DataVector, 3, Frame::Inertial>& inv_spatial_metric,
      42             :     const tnsr::ii<DataVector, 3, Frame::Inertial>& extrinsic_curvature);
      43             : }  // namespace detail
      44             : 
      45             : /*!
      46             :  * \brief Compute the source terms for the GRFFE system with divergence
      47             :  * cleaning.
      48             :  *
      49             :  * \f{align*}
      50             :  *  S(\tilde{E}^i) &= -\alpha \sqrt{\gamma} J^i - \tilde{E}^j \partial_j \beta^i
      51             :  *    + \tilde{\psi} ( \gamma^{ij} \partial_j \alpha - \alpha \gamma^{jk}
      52             :  *    \Gamma^i_{jk} ) \\
      53             :  *  S(\tilde{B}^i) &= -\tilde{B}^j \partial_j \beta^i + \tilde{\phi} (
      54             :  *    \gamma^{ij} \partial_j \alpha - \alpha \gamma^{jk} \Gamma^i_{jk} ) \\
      55             :  *  S(\tilde{\psi}) &= \tilde{E}^k \partial_k \alpha + \alpha \tilde{q} - \alpha
      56             :  *    \tilde{\phi} ( K + \kappa_\phi ) \\
      57             :  *  S(\tilde{\phi}) &= \tilde{B}^k \partial_k \alpha - \alpha \tilde{\phi} (K +
      58             :  *    \kappa_\phi ) \\
      59             :  *  S(\tilde{q}) &= 0
      60             :  * \f}
      61             :  *
      62             :  * where the conserved variables \f$\tilde{E}^i, \tilde{B}^i, \tilde{\psi},
      63             :  * \tilde{\phi}, \tilde{q}\f$ are densitized electric field, magnetic field,
      64             :  * magnetic divergence cleaning field, electric divergence cleaning field, and
      65             :  * electric charge density.
      66             :  *
      67             :  * \f$J^i\f$ is the spatial electric current density, \f$\alpha\f$ is the lapse,
      68             :  * \f$\beta^i\f$ is the shift, \f$\gamma^{ij}\f$ is the spatial metric,
      69             :  * \f$\gamma\f$ is the determinant of spatial metric, \f$\Gamma^i_{jk}\f$ is the
      70             :  * spatial Christoffel symbol, \f$K\f$ is the trace of extrinsic curvature.
      71             :  * \f$\kappa_\phi\f$ and \f$\kappa_\psi\f$ are damping parameters associated
      72             :  * with divergence cleaning of magnetic and electric fields, respectively.
      73             :  *
      74             :  */
      75           1 : struct Sources {
      76           0 :   using return_tags =
      77             :       tmpl::list<::Tags::Source<Tags::TildeE>, ::Tags::Source<Tags::TildeB>,
      78             :                  ::Tags::Source<Tags::TildePsi>,
      79             :                  ::Tags::Source<Tags::TildePhi>>;
      80             : 
      81           0 :   using argument_tags = tmpl::list<
      82             :       // EM variables
      83             :       Tags::TildeE, Tags::TildeB, Tags::TildePsi, Tags::TildePhi, Tags::TildeQ,
      84             :       Tags::KappaPsi, Tags::KappaPhi, Tags::ParallelConductivity,
      85             :       // GR variables
      86             :       gr::Tags::Lapse<DataVector>,
      87             :       ::Tags::deriv<gr::Tags::Lapse<DataVector>, tmpl::size_t<3>,
      88             :                     Frame::Inertial>,
      89             :       ::Tags::deriv<gr::Tags::Shift<DataVector, 3>, tmpl::size_t<3>,
      90             :                     Frame::Inertial>,
      91             :       ::Tags::deriv<gr::Tags::SpatialMetric<DataVector, 3>, tmpl::size_t<3>,
      92             :                     Frame::Inertial>,
      93             :       gr::Tags::SpatialMetric<DataVector, 3>,
      94             :       gr::Tags::InverseSpatialMetric<DataVector, 3>,
      95             :       gr::Tags::SqrtDetSpatialMetric<DataVector>,
      96             :       gr::Tags::ExtrinsicCurvature<DataVector, 3>>;
      97             : 
      98           0 :   static void apply(
      99             :       gsl::not_null<tnsr::I<DataVector, 3, Frame::Inertial>*> source_tilde_e,
     100             :       gsl::not_null<tnsr::I<DataVector, 3, Frame::Inertial>*> source_tilde_b,
     101             :       gsl::not_null<Scalar<DataVector>*> source_tilde_psi,
     102             :       gsl::not_null<Scalar<DataVector>*> source_tilde_phi,
     103             :       // EM variables
     104             :       const tnsr::I<DataVector, 3, Frame::Inertial>& tilde_e,
     105             :       const tnsr::I<DataVector, 3, Frame::Inertial>& tilde_b,
     106             :       const Scalar<DataVector>& tilde_psi, const Scalar<DataVector>& tilde_phi,
     107             :       const Scalar<DataVector>& tilde_q, double kappa_psi, double kappa_phi,
     108             :       double parallel_conductivity,
     109             :       // GR variables
     110             :       const Scalar<DataVector>& lapse,
     111             :       const tnsr::i<DataVector, 3, Frame::Inertial>& d_lapse,
     112             :       const tnsr::iJ<DataVector, 3, Frame::Inertial>& d_shift,
     113             :       const tnsr::ijj<DataVector, 3, Frame::Inertial>& d_spatial_metric,
     114             :       const tnsr::ii<DataVector, 3, Frame::Inertial>& spatial_metric,
     115             :       const tnsr::II<DataVector, 3, Frame::Inertial>& inv_spatial_metric,
     116             :       const Scalar<DataVector>& sqrt_det_spatial_metric,
     117             :       const tnsr::ii<DataVector, 3, Frame::Inertial>& extrinsic_curvature);
     118             : };
     119             : 
     120             : }  // namespace ForceFree