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/RadiationTransport/M1Grey/Tags.hpp"
       9             : #include "NumericalAlgorithms/LinearOperators/PartialDerivatives.hpp"
      10             : #include "PointwiseFunctions/GeneralRelativity/TagsDeclarations.hpp"
      11             : #include "PointwiseFunctions/Hydro/Tags.hpp"
      12             : #include "Utilities/Gsl.hpp"
      13             : #include "Utilities/TMPL.hpp"
      14             : 
      15             : /// \cond
      16             : class DataVector;
      17             : /// \endcond
      18             : 
      19             : namespace RadiationTransport::M1Grey {
      20             : 
      21             : // Implementation of the curvature source terms
      22             : // for the M1 system, for an individual species.
      23             : namespace detail {
      24             : void compute_sources_impl(gsl::not_null<Scalar<DataVector>*> source_tilde_e,
      25             :                           gsl::not_null<tnsr::i<DataVector, 3>*> source_tilde_s,
      26             :                           const Scalar<DataVector>& tilde_e,
      27             :                           const tnsr::i<DataVector, 3>& tilde_s,
      28             :                           const tnsr::II<DataVector, 3>& tilde_p,
      29             :                           const Scalar<DataVector>& lapse,
      30             :                           const tnsr::i<DataVector, 3>& d_lapse,
      31             :                           const tnsr::iJ<DataVector, 3>& d_shift,
      32             :                           const tnsr::ijj<DataVector, 3>& d_spatial_metric,
      33             :                           const tnsr::II<DataVector, 3>& inv_spatial_metric,
      34             :                           const tnsr::ii<DataVector, 3>& extrinsic_curvature,
      35             :                           const tnsr::ii<DataVector, 3>& spatial_metric,
      36             :                           const Scalar<DataVector>& emissivity,
      37             :                           const Scalar<DataVector>& absorption_opacity,
      38             :                           const Scalar<DataVector>& scattering_opacity,
      39             :                           const Scalar<DataVector>& tilde_j,
      40             :                           const Scalar<DataVector>& tilde_h_normal,
      41             :                           const tnsr::i<DataVector, 3>& tilde_h_spatial,
      42             :                           const tnsr::I<DataVector, 3>& spatial_velocity,
      43             :                           const Scalar<DataVector>& lorentz,
      44             :                           const Scalar<DataVector>& sqrt_det_spatial_metric);
      45             : }  // namespace detail
      46             : 
      47             : /*!
      48             :  * \brief Compute the curvature source terms for the flux-balanced
      49             :  * grey M1 radiation transport.
      50             :  *
      51             :  *
      52             :  * A flux-balanced system has the generic form:
      53             :  * \f[
      54             :  * \partial_t U_i + \partial_m F^m(U_i) = S(U_i)
      55             :  * \f]
      56             :  *
      57             :  * where \f$F^a()\f$ denotes the flux of a conserved variable \f$U_i\f$ and
      58             :  * \f$S()\f$ denotes the source term for the conserved variable.
      59             :  *
      60             :  * For the grey M1 formalism (neglecting coupling to the fluid):
      61             :  * \f{align*}
      62             :  * S({\tilde E}) &= \alpha \tilde P^{ij} K_{ij} - \tilde S^i \partial_i
      63             :  * \alpha,\\ S({\tilde S_i}) &= -\tilde E \partial_i \alpha + \tilde S_k
      64             :  * \partial_i \beta^k
      65             :  * + \frac{1}{2} \alpha \tilde P^{jk} \partial_i \gamma_{jk},
      66             :  * \f}
      67             :  *
      68             :  * where \f${\tilde E}\f$, \f${\tilde S_i}\f$, \f${\tilde P}^{ij}\f$ are the
      69             :  * densitized energy, momentum, and pressure tensor of the neutrinos/photons,
      70             :  * \f$K_{ij}\f$ is the extrinsic curvature, and \f$\alpha\f$, \f$\beta^i\f$,
      71             :  * \f$\gamma_{ij}\f$ are the lapse, shift and 3-metric.
      72             :  *
      73             :  * In the main function, we loop over all neutrino species, and then call
      74             :  * the actual implementation of the curvature source terms.
      75             :  */
      76             : template <typename... NeutrinoSpecies>
      77           1 : struct ComputeSources {
      78           0 :   using return_tags = tmpl::list<
      79             :       ::Tags::Source<Tags::TildeE<Frame::Inertial, NeutrinoSpecies>>...,
      80             :       ::Tags::Source<Tags::TildeS<Frame::Inertial, NeutrinoSpecies>>...>;
      81             : 
      82           0 :   using argument_tags =
      83             :       tmpl::list<Tags::TildeE<Frame::Inertial, NeutrinoSpecies>...,
      84             :                  Tags::TildeS<Frame::Inertial, NeutrinoSpecies>...,
      85             :                  Tags::TildeP<Frame::Inertial, NeutrinoSpecies>...,
      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>,
      92             :                                tmpl::size_t<3>, Frame::Inertial>,
      93             :                  gr::Tags::InverseSpatialMetric<DataVector, 3>,
      94             :                  gr::Tags::ExtrinsicCurvature<DataVector, 3>,
      95             :                  gr::Tags::SpatialMetric<DataVector, 3>,
      96             :                  Tags::GreyEmissivity<NeutrinoSpecies>...,
      97             :                  Tags::GreyAbsorptionOpacity<NeutrinoSpecies>...,
      98             :                  Tags::GreyScatteringOpacity<NeutrinoSpecies>...,
      99             :                  Tags::TildeJ<NeutrinoSpecies>...,
     100             :                  Tags::TildeHNormal<NeutrinoSpecies>...,
     101             :                  Tags::TildeHSpatial<Frame::Inertial, NeutrinoSpecies>...,
     102             :                  hydro::Tags::SpatialVelocity<DataVector, 3>,
     103             :                  hydro::Tags::LorentzFactor<DataVector>,
     104             :                  gr::Tags::SqrtDetSpatialMetric<DataVector>>;
     105             : 
     106           0 :   static void apply(
     107             :       const gsl::not_null<typename Tags::TildeE<
     108             :           Frame::Inertial, NeutrinoSpecies>::type*>... sources_tilde_e,
     109             :       const gsl::not_null<typename Tags::TildeS<
     110             :           Frame::Inertial, NeutrinoSpecies>::type*>... sources_tilde_s,
     111             :       const typename Tags::TildeE<Frame::Inertial,
     112             :                                   NeutrinoSpecies>::type&... tilde_e,
     113             :       const typename Tags::TildeS<Frame::Inertial,
     114             :                                   NeutrinoSpecies>::type&... tilde_s,
     115             :       const typename Tags::TildeP<Frame::Inertial,
     116             :                                   NeutrinoSpecies>::type&... tilde_p,
     117             :       const Scalar<DataVector>& lapse, const tnsr::i<DataVector, 3>& d_lapse,
     118             :       const tnsr::iJ<DataVector, 3>& d_shift,
     119             :       const tnsr::ijj<DataVector, 3>& d_spatial_metric,
     120             :       const tnsr::II<DataVector, 3>& inv_spatial_metric,
     121             :       const tnsr::ii<DataVector, 3>& extrinsic_curvature,
     122             :       const tnsr::ii<DataVector, 3>& spatial_metric,
     123             :       const Scalar<DataVector>& emissivity,
     124             :       const Scalar<DataVector>& absorption_opacity,
     125             :       const Scalar<DataVector>& scattering_opacity,
     126             :       const typename Tags::TildeJ<NeutrinoSpecies>::type&... tilde_j,
     127             :       const typename Tags::TildeHNormal<
     128             :           NeutrinoSpecies>::type&... tilde_h_normal,
     129             :       const typename Tags::TildeHSpatial<
     130             :           Frame::Inertial, NeutrinoSpecies>::type&... tilde_h_spatial,
     131             :       const tnsr::I<DataVector, 3>& spatial_velocity,
     132             :       const Scalar<DataVector>& lorentz,
     133             :       const Scalar<DataVector>& sqrt_det_spatial_metric) {
     134             :     EXPAND_PACK_LEFT_TO_RIGHT(detail::compute_sources_impl(
     135             :         sources_tilde_e, sources_tilde_s, tilde_e, tilde_s, tilde_p, lapse,
     136             :         d_lapse, d_shift, d_spatial_metric, inv_spatial_metric,
     137             :         extrinsic_curvature, spatial_metric, emissivity, absorption_opacity,
     138             :         scattering_opacity, tilde_j, tilde_h_normal, tilde_h_spatial,
     139             :         spatial_velocity, lorentz, sqrt_det_spatial_metric));
     140             :   }
     141             : };
     142             : 
     143             : }  // namespace RadiationTransport::M1Grey