SpECTRE Documentation Coverage Report
Current view: top level - Evolution/Systems/GrMhd/GhValenciaDivClean/BoundaryConditions - ConstraintPreservingFreeOutflow.hpp Hit Total Coverage
Commit: c428a3e2e0ca78fe0364ec1b0e0493c627d428d4 Lines: 1 30 3.3 %
Date: 2026-04-26 20:20:36
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          Line data    Source code
       1           0 : // Distributed under the MIT License.
       2             : // See LICENSE.txt for details.
       3             : 
       4             : #pragma once
       5             : 
       6             : #include <memory>
       7             : #include <optional>
       8             : #include <pup.h>
       9             : #include <string>
      10             : 
      11             : #include "DataStructures/DataBox/Prefixes.hpp"
      12             : #include "DataStructures/DataVector.hpp"
      13             : #include "DataStructures/Tensor/Tensor.hpp"
      14             : #include "DataStructures/Variables.hpp"
      15             : #include "Domain/CoordinateMaps/Tags.hpp"
      16             : #include "Domain/ElementMap.hpp"
      17             : #include "Domain/Structure/Direction.hpp"
      18             : #include "Domain/Tags.hpp"
      19             : #include "Evolution/BoundaryConditions/Type.hpp"
      20             : #include "Evolution/Systems/GeneralizedHarmonic/BoundaryConditions/Bjorhus.hpp"
      21             : #include "Evolution/Systems/GeneralizedHarmonic/Tags.hpp"
      22             : #include "Evolution/Systems/GrMhd/GhValenciaDivClean/BoundaryConditions/BoundaryCondition.hpp"
      23             : #include "Evolution/Systems/GrMhd/ValenciaDivClean/BoundaryConditions/HydroFreeOutflow.hpp"
      24             : #include "Evolution/Systems/GrMhd/ValenciaDivClean/Tags.hpp"
      25             : #include "Options/String.hpp"
      26             : #include "PointwiseFunctions/GeneralRelativity/GeneralizedHarmonic/ConstraintDampingTags.hpp"
      27             : #include "PointwiseFunctions/Hydro/Tags.hpp"
      28             : #include "Utilities/Gsl.hpp"
      29             : #include "Utilities/Serialization/CharmPupable.hpp"
      30             : #include "Utilities/TMPL.hpp"
      31             : 
      32             : namespace grmhd::GhValenciaDivClean::BoundaryConditions {
      33             : /*!
      34             :  * \brief Sets constraint-preserving boundary conditions on the spacetime
      35             :  * variables and hydro free outflow on the GRMHD variables.
      36             :  *
      37             :  * \warning This is only implemented for DG, on FD you get an error. The
      38             :  * reason is that some care and experimentation is necessary to impose the
      39             :  * boundary condition correctly on FD.
      40             :  */
      41           1 : class ConstraintPreservingFreeOutflow final : public BoundaryCondition {
      42             :  public:
      43           0 :   using options =
      44             :       typename gh::BoundaryConditions::ConstraintPreservingBjorhus<3>::options;
      45           0 :   static constexpr Options::String help{
      46             :       "ConstraintPreservingAnalytic boundary conditions  for GH variables and "
      47             :       "hydro free outflow for GRMHD."};
      48             : 
      49           0 :   ConstraintPreservingFreeOutflow() = default;
      50           0 :   explicit ConstraintPreservingFreeOutflow(
      51             :       gh::BoundaryConditions::detail::ConstraintPreservingBjorhusType type,
      52             :       std::optional<std::unique_ptr<::MathFunction<1, Frame::Inertial>>>
      53             :           incoming_wave_profile = std::nullopt);
      54             : 
      55           0 :   ConstraintPreservingFreeOutflow(ConstraintPreservingFreeOutflow&&) = default;
      56           0 :   ConstraintPreservingFreeOutflow& operator=(
      57             :       ConstraintPreservingFreeOutflow&&) = default;
      58           0 :   ConstraintPreservingFreeOutflow(const ConstraintPreservingFreeOutflow&) =
      59             :       default;
      60           0 :   ConstraintPreservingFreeOutflow& operator=(
      61             :       const ConstraintPreservingFreeOutflow&) = default;
      62           0 :   ~ConstraintPreservingFreeOutflow() override = default;
      63             : 
      64           0 :   explicit ConstraintPreservingFreeOutflow(CkMigrateMessage* msg);
      65             : 
      66           0 :   WRAPPED_PUPable_decl_base_template(
      67             :       domain::BoundaryConditions::BoundaryCondition,
      68             :       ConstraintPreservingFreeOutflow);
      69             : 
      70           0 :   auto get_clone() const -> std::unique_ptr<
      71             :       domain::BoundaryConditions::BoundaryCondition> override;
      72             : 
      73           0 :   static constexpr evolution::BoundaryConditions::Type bc_type =
      74             :       evolution::BoundaryConditions::Type::GhostAndTimeDerivative;
      75             : 
      76           0 :   void pup(PUP::er& p) override;
      77             : 
      78           0 :   using dg_interior_evolved_variables_tags =
      79             :       tmpl::list<gr::Tags::SpacetimeMetric<DataVector, 3>,
      80             :                  gh::Tags::Pi<DataVector, 3>, gh::Tags::Phi<DataVector, 3>>;
      81           0 :   using dg_interior_temporary_tags =
      82             :       tmpl::list<domain::Tags::Coordinates<3, Frame::Inertial>,
      83             :                  ::gh::Tags::ConstraintGamma1, ::gh::Tags::ConstraintGamma2,
      84             :                  gr::Tags::Lapse<DataVector>, gr::Tags::Shift<DataVector, 3>,
      85             :                  gr::Tags::InverseSpatialMetric<DataVector, 3>,
      86             :                  gr::Tags::InverseSpacetimeMetric<DataVector, 3>,
      87             :                  gr::Tags::SpacetimeNormalVector<DataVector, 3>,
      88             :                  gh::Tags::ThreeIndexConstraint<DataVector, 3>,
      89             :                  gh::Tags::GaugeH<DataVector, 3>,
      90             :                  gh::Tags::SpacetimeDerivGaugeH<DataVector, 3>>;
      91           0 :   using dg_interior_primitive_variables_tags =
      92             :       tmpl::list<hydro::Tags::RestMassDensity<DataVector>,
      93             :                  hydro::Tags::ElectronFraction<DataVector>,
      94             :                  hydro::Tags::SpecificInternalEnergy<DataVector>,
      95             :                  hydro::Tags::SpatialVelocity<DataVector, 3>,
      96             :                  hydro::Tags::MagneticField<DataVector, 3>,
      97             :                  hydro::Tags::LorentzFactor<DataVector>,
      98             :                  hydro::Tags::Pressure<DataVector>,
      99             :                  hydro::Tags::Temperature<DataVector>>;
     100           0 :   using dg_gridless_tags = tmpl::list<>;
     101             : 
     102           0 :   static std::optional<std::string> dg_ghost(
     103             :       gsl::not_null<tnsr::aa<DataVector, 3, Frame::Inertial>*> spacetime_metric,
     104             :       gsl::not_null<tnsr::aa<DataVector, 3, Frame::Inertial>*> pi,
     105             :       gsl::not_null<tnsr::iaa<DataVector, 3, Frame::Inertial>*> phi,
     106             :       gsl::not_null<Scalar<DataVector>*> tilde_d,
     107             :       gsl::not_null<Scalar<DataVector>*> tilde_ye,
     108             :       gsl::not_null<Scalar<DataVector>*> tilde_tau,
     109             :       gsl::not_null<tnsr::i<DataVector, 3, Frame::Inertial>*> tilde_s,
     110             :       gsl::not_null<tnsr::I<DataVector, 3, Frame::Inertial>*> tilde_b,
     111             :       gsl::not_null<Scalar<DataVector>*> tilde_phi,
     112             : 
     113             :       gsl::not_null<tnsr::I<DataVector, 3, Frame::Inertial>*> tilde_d_flux,
     114             :       gsl::not_null<tnsr::I<DataVector, 3, Frame::Inertial>*> tilde_ye_flux,
     115             :       gsl::not_null<tnsr::I<DataVector, 3, Frame::Inertial>*> tilde_tau_flux,
     116             :       gsl::not_null<tnsr::Ij<DataVector, 3, Frame::Inertial>*> tilde_s_flux,
     117             :       gsl::not_null<tnsr::IJ<DataVector, 3, Frame::Inertial>*> tilde_b_flux,
     118             :       gsl::not_null<tnsr::I<DataVector, 3, Frame::Inertial>*> tilde_phi_flux,
     119             : 
     120             :       gsl::not_null<Scalar<DataVector>*> gamma1,
     121             :       gsl::not_null<Scalar<DataVector>*> gamma2,
     122             :       gsl::not_null<Scalar<DataVector>*> lapse,
     123             :       gsl::not_null<tnsr::I<DataVector, 3, Frame::Inertial>*> shift,
     124             :       gsl::not_null<tnsr::i<DataVector, 3, Frame::Inertial>*>
     125             :           spatial_velocity_one_form,
     126             :       gsl::not_null<Scalar<DataVector>*> rest_mass_density,
     127             :       gsl::not_null<Scalar<DataVector>*> electron_fraction,
     128             :       gsl::not_null<Scalar<DataVector>*> temperature,
     129             :       gsl::not_null<tnsr::I<DataVector, 3, Frame::Inertial>*> spatial_velocity,
     130             :       gsl::not_null<tnsr::II<DataVector, 3, Frame::Inertial>*>
     131             :           inv_spatial_metric,
     132             : 
     133             :       const std::optional<tnsr::I<DataVector, 3, Frame::Inertial>>&
     134             :           face_mesh_velocity,
     135             :       const tnsr::i<DataVector, 3, Frame::Inertial>& normal_covector,
     136             :       const tnsr::I<DataVector, 3, Frame::Inertial>& normal_vector,
     137             : 
     138             :       const tnsr::aa<DataVector, 3, Frame::Inertial>& interior_spacetime_metric,
     139             :       const tnsr::aa<DataVector, 3, Frame::Inertial>& interior_pi,
     140             :       const tnsr::iaa<DataVector, 3, Frame::Inertial>& interior_phi,
     141             : 
     142             :       const Scalar<DataVector>& interior_rest_mass_density,
     143             :       const Scalar<DataVector>& interior_electron_fraction,
     144             :       const Scalar<DataVector>& interior_specific_internal_energy,
     145             :       const tnsr::I<DataVector, 3, Frame::Inertial>& interior_spatial_velocity,
     146             :       const tnsr::I<DataVector, 3, Frame::Inertial>& interior_magnetic_field,
     147             :       const Scalar<DataVector>& interior_lorentz_factor,
     148             :       const Scalar<DataVector>& interior_pressure,
     149             :       const Scalar<DataVector>& interior_temperature,
     150             : 
     151             :       const tnsr::I<DataVector, 3, Frame::Inertial>& /*coords*/,
     152             :       const Scalar<DataVector>& interior_gamma1,
     153             :       const Scalar<DataVector>& interior_gamma2,
     154             :       const Scalar<DataVector>& interior_lapse,
     155             :       const tnsr::I<DataVector, 3>& interior_shift,
     156             :       const tnsr::II<DataVector, 3>& interior_inv_spatial_metric,
     157             :       const tnsr::AA<DataVector, 3,
     158             :                      Frame::Inertial>& /*inverse_spacetime_metric*/,
     159             :       const tnsr::A<DataVector, 3, Frame::Inertial>&
     160             :       /*spacetime_unit_normal_vector*/,
     161             :       const tnsr::iaa<DataVector, 3,
     162             :                       Frame::Inertial>& /*three_index_constraint*/,
     163             :       const tnsr::a<DataVector, 3, Frame::Inertial>& /*gauge_source*/,
     164             :       const tnsr::ab<DataVector, 3, Frame::Inertial>&
     165             :       /*spacetime_deriv_gauge_source*/,
     166             : 
     167             :       // c.f. dg_interior_dt_vars_tags
     168             :       const tnsr::aa<DataVector, 3, Frame::Inertial>&
     169             :       /*logical_dt_spacetime_metric*/,
     170             :       const tnsr::aa<DataVector, 3, Frame::Inertial>& /*logical_dt_pi*/,
     171             :       const tnsr::iaa<DataVector, 3, Frame::Inertial>& /*logical_dt_phi*/,
     172             :       // c.f. dg_interior_deriv_vars_tags
     173             :       const tnsr::iaa<DataVector, 3, Frame::Inertial>& /*d_spacetime_metric*/,
     174             :       const tnsr::iaa<DataVector, 3, Frame::Inertial>& /*d_pi*/,
     175             :       const tnsr::ijaa<DataVector, 3, Frame::Inertial>& /*d_phi*/);
     176             : 
     177           0 :   using dg_interior_dt_vars_tags =
     178             :       tmpl::list<::Tags::dt<gr::Tags::SpacetimeMetric<DataVector, 3>>,
     179             :                  ::Tags::dt<gh::Tags::Pi<DataVector, 3>>,
     180             :                  ::Tags::dt<gh::Tags::Phi<DataVector, 3>>>;
     181           0 :   using dg_interior_deriv_vars_tags =
     182             :       tmpl::list<::Tags::deriv<gr::Tags::SpacetimeMetric<DataVector, 3>,
     183             :                                tmpl::size_t<3>, Frame::Inertial>,
     184             :                  ::Tags::deriv<gh::Tags::Pi<DataVector, 3>, tmpl::size_t<3>,
     185             :                                Frame::Inertial>,
     186             :                  ::Tags::deriv<gh::Tags::Phi<DataVector, 3>, tmpl::size_t<3>,
     187             :                                Frame::Inertial>>;
     188             : 
     189           0 :   std::optional<std::string> dg_time_derivative(
     190             :       gsl::not_null<tnsr::aa<DataVector, 3, Frame::Inertial>*>
     191             :           dt_spacetime_metric_correction,
     192             :       gsl::not_null<tnsr::aa<DataVector, 3, Frame::Inertial>*> dt_pi_correction,
     193             :       gsl::not_null<tnsr::iaa<DataVector, 3, Frame::Inertial>*>
     194             :           dt_phi_correction,
     195             :       gsl::not_null<Scalar<DataVector>*> dt_tilde_d,
     196             :       gsl::not_null<Scalar<DataVector>*> dt_tilde_ye,
     197             :       gsl::not_null<Scalar<DataVector>*> dt_tilde_tau,
     198             :       gsl::not_null<tnsr::i<DataVector, 3, Frame::Inertial>*> dt_tilde_s,
     199             :       gsl::not_null<tnsr::I<DataVector, 3, Frame::Inertial>*> dt_tilde_b,
     200             :       gsl::not_null<Scalar<DataVector>*> dt_tilde_phi,
     201             : 
     202             :       const std::optional<tnsr::I<DataVector, 3, Frame::Inertial>>&
     203             :           face_mesh_velocity,
     204             :       const tnsr::i<DataVector, 3, Frame::Inertial>& normal_covector,
     205             :       const tnsr::I<DataVector, 3, Frame::Inertial>& normal_vector,
     206             :       // c.f. dg_interior_evolved_variables_tags
     207             :       const tnsr::aa<DataVector, 3, Frame::Inertial>& spacetime_metric,
     208             :       const tnsr::aa<DataVector, 3, Frame::Inertial>& pi,
     209             :       const tnsr::iaa<DataVector, 3, Frame::Inertial>& phi,
     210             :       // c.f. dg_interior_primitive_variables_tags
     211             :       const Scalar<DataVector>& /*interior_rest_mass_density*/,
     212             :       const Scalar<DataVector>& /*interior_electron_fraction*/,
     213             :       const Scalar<DataVector>& /*interior_specific_internal_energy*/,
     214             :       const tnsr::I<DataVector, 3,
     215             :                     Frame::Inertial>& /*interior_spatial_velocity*/,
     216             :       const tnsr::I<DataVector, 3,
     217             :                     Frame::Inertial>& /*interior_magnetic_field*/,
     218             :       const Scalar<DataVector>& /*interior_lorentz_factor*/,
     219             :       const Scalar<DataVector>& /*interior_pressure*/,
     220             :       const Scalar<DataVector>& /*interior_temperature*/,
     221             : 
     222             :       // c.f. dg_interior_temporary_tags
     223             :       const tnsr::I<DataVector, 3, Frame::Inertial>& coords,
     224             :       const Scalar<DataVector>& gamma1, const Scalar<DataVector>& gamma2,
     225             :       const Scalar<DataVector>& lapse,
     226             :       const tnsr::I<DataVector, 3, Frame::Inertial>& shift,
     227             :       const tnsr::II<DataVector, 3>& /*interior_inv_spatial_metric*/,
     228             :       const tnsr::AA<DataVector, 3, Frame::Inertial>& inverse_spacetime_metric,
     229             :       const tnsr::A<DataVector, 3, Frame::Inertial>&
     230             :           spacetime_unit_normal_vector,
     231             :       const tnsr::iaa<DataVector, 3, Frame::Inertial>& three_index_constraint,
     232             :       const tnsr::a<DataVector, 3, Frame::Inertial>& gauge_source,
     233             :       const tnsr::ab<DataVector, 3, Frame::Inertial>&
     234             :           spacetime_deriv_gauge_source,
     235             :       // c.f. dg_interior_dt_vars_tags
     236             :       const tnsr::aa<DataVector, 3, Frame::Inertial>&
     237             :           logical_dt_spacetime_metric,
     238             :       const tnsr::aa<DataVector, 3, Frame::Inertial>& logical_dt_pi,
     239             :       const tnsr::iaa<DataVector, 3, Frame::Inertial>& logical_dt_phi,
     240             :       // c.f. dg_interior_deriv_vars_tags
     241             :       const tnsr::iaa<DataVector, 3, Frame::Inertial>& d_spacetime_metric,
     242             :       const tnsr::iaa<DataVector, 3, Frame::Inertial>& d_pi,
     243             :       const tnsr::ijaa<DataVector, 3, Frame::Inertial>& d_phi) const;
     244             : 
     245           0 :   using fd_interior_evolved_variables_tags = tmpl::list<>;
     246           0 :   using fd_interior_temporary_tags = tmpl::list<>;
     247           0 :   using fd_interior_primitive_variables_tags = tmpl::list<>;
     248           0 :   using fd_gridless_tags = tmpl::list<>;
     249             : 
     250           0 :   [[noreturn]] static void fd_ghost(
     251             :       const gsl::not_null<tnsr::aa<DataVector, 3, Frame::Inertial>*>
     252             :       /*spacetime_metric*/,
     253             :       const gsl::not_null<tnsr::aa<DataVector, 3, Frame::Inertial>*> /*pi*/,
     254             :       const gsl::not_null<tnsr::iaa<DataVector, 3, Frame::Inertial>*> /*phi*/,
     255             :       const gsl::not_null<Scalar<DataVector>*> /*rest_mass_density*/,
     256             :       const gsl::not_null<Scalar<DataVector>*> /*electron_fraction*/,
     257             :       const gsl::not_null<Scalar<DataVector>*> /*pressure*/,
     258             :       const gsl::not_null<tnsr::I<DataVector, 3, Frame::Inertial>*>
     259             :       /*lorentz_factor_times_spatial_velocity*/,
     260             :       const gsl::not_null<tnsr::I<DataVector, 3, Frame::Inertial>*>
     261             :       /*magnetic_field*/,
     262             :       const gsl::not_null<Scalar<DataVector>*> /*divergence_cleaning_field*/,
     263             :       const Direction<3>& /*direction*/) {
     264             :     ERROR(
     265             :         "Not implemented because it's not trivial to figure out what the right "
     266             :         "way of handling this case is.");
     267             :   }
     268             : 
     269             :  private:
     270             :   gh::BoundaryConditions::ConstraintPreservingBjorhus<3>
     271           0 :       constraint_preserving_{};
     272             : };
     273             : }  // namespace grmhd::GhValenciaDivClean::BoundaryConditions

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