Line data Source code
1 0 : // Distributed under the MIT License.
2 : // See LICENSE.txt for details.
3 :
4 : #pragma once
5 :
6 : #include <cstddef>
7 :
8 : #include "DataStructures/DataBox/Prefixes.hpp"
9 : #include "DataStructures/DataBox/Tag.hpp"
10 : #include "DataStructures/DataVector.hpp"
11 : #include "DataStructures/Tensor/Tensor.hpp"
12 : #include "Evolution/Systems/GeneralizedHarmonic/Tags.hpp"
13 : #include "NumericalAlgorithms/LinearOperators/PartialDerivatives.hpp"
14 : #include "PointwiseFunctions/GeneralRelativity/Tags.hpp"
15 : #include "Utilities/Gsl.hpp"
16 : #include "Utilities/TMPL.hpp"
17 :
18 : // IWYU pragma: no_forward_declare Tags::deriv
19 :
20 : /// \cond
21 : namespace domain {
22 : namespace Tags {
23 : template <size_t Dim, typename Frame>
24 : struct Coordinates;
25 : } // namespace Tags
26 : } // namespace domain
27 : class DataVector;
28 : template <typename X, typename Symm, typename IndexList>
29 : class Tensor;
30 : /// \endcond
31 :
32 : namespace gh {
33 : /// @{
34 : /*!
35 : * \ingroup GeneralRelativityGroup
36 : * \brief Computes generalized harmonic gauge source function.
37 : * \details If \f$\alpha, \beta^i, \gamma_{ij}, \Gamma_{ijk}, K\f$ are the
38 : * lapse, shift, spatial metric, spatial Christoffel symbols, and trace of the
39 : * extrinsic curvature, then we compute
40 : * \f{align}
41 : * H_l &=
42 : * \alpha^{-2} \gamma_{il}(\partial_t \beta^i - \beta^k \partial_k \beta^i)
43 : * + \alpha^{-1} \partial_l \alpha - \gamma^{km}\Gamma_{lkm} \\
44 : * H_0 &= -\alpha^{-1} \partial_t \alpha + \alpha^{-1} \beta^k\partial_k \alpha
45 : * + \beta^k H_k - \alpha K
46 : * \f}
47 : * See Eqs. 8 and 9 of \cite Lindblom2005qh
48 : */
49 : template <typename DataType, size_t SpatialDim, typename Frame>
50 1 : void gauge_source(
51 : gsl::not_null<tnsr::a<DataType, SpatialDim, Frame>*> gauge_source_h,
52 : const Scalar<DataType>& lapse, const Scalar<DataType>& dt_lapse,
53 : const tnsr::i<DataType, SpatialDim, Frame>& deriv_lapse,
54 : const tnsr::I<DataType, SpatialDim, Frame>& shift,
55 : const tnsr::I<DataType, SpatialDim, Frame>& dt_shift,
56 : const tnsr::iJ<DataType, SpatialDim, Frame>& deriv_shift,
57 : const tnsr::ii<DataType, SpatialDim, Frame>& spatial_metric,
58 : const Scalar<DataType>& trace_extrinsic_curvature,
59 : const tnsr::i<DataType, SpatialDim, Frame>& trace_christoffel_last_indices);
60 :
61 : template <typename DataType, size_t SpatialDim, typename Frame>
62 1 : tnsr::a<DataType, SpatialDim, Frame> gauge_source(
63 : const Scalar<DataType>& lapse, const Scalar<DataType>& dt_lapse,
64 : const tnsr::i<DataType, SpatialDim, Frame>& deriv_lapse,
65 : const tnsr::I<DataType, SpatialDim, Frame>& shift,
66 : const tnsr::I<DataType, SpatialDim, Frame>& dt_shift,
67 : const tnsr::iJ<DataType, SpatialDim, Frame>& deriv_shift,
68 : const tnsr::ii<DataType, SpatialDim, Frame>& spatial_metric,
69 : const Scalar<DataType>& trace_extrinsic_curvature,
70 : const tnsr::i<DataType, SpatialDim, Frame>& trace_christoffel_last_indices);
71 : /// @}
72 :
73 : namespace Tags {
74 : /*!
75 : * \brief Compute item to get the implicit gauge source function from 3 + 1
76 : * quantities.
77 : *
78 : * \details See `gauge_source()`. Can be retrieved using
79 : * `gh::Tags::GaugeH`.
80 : */
81 : template <size_t SpatialDim, typename Frame>
82 1 : struct GaugeHImplicitFrom3p1QuantitiesCompute
83 : : GaugeH<DataVector, SpatialDim, Frame>,
84 : db::ComputeTag {
85 0 : using argument_tags =
86 : tmpl::list<gr::Tags::Lapse<DataVector>,
87 : ::Tags::dt<gr::Tags::Lapse<DataVector>>,
88 : ::Tags::deriv<gr::Tags::Lapse<DataVector>,
89 : tmpl::size_t<SpatialDim>, Frame>,
90 : gr::Tags::Shift<DataVector, SpatialDim, Frame>,
91 : ::Tags::dt<gr::Tags::Shift<DataVector, SpatialDim, Frame>>,
92 : ::Tags::deriv<gr::Tags::Shift<DataVector, SpatialDim, Frame>,
93 : tmpl::size_t<SpatialDim>, Frame>,
94 : gr::Tags::SpatialMetric<DataVector, SpatialDim, Frame>,
95 : gr::Tags::TraceExtrinsicCurvature<DataVector>,
96 : gr::Tags::TraceSpatialChristoffelFirstKind<DataVector,
97 : SpatialDim, Frame>>;
98 :
99 0 : using return_type = tnsr::a<DataVector, SpatialDim, Frame>;
100 :
101 0 : static constexpr auto function = static_cast<void (*)(
102 : gsl::not_null<tnsr::a<DataVector, SpatialDim, Frame>*>,
103 : const Scalar<DataVector>&, const Scalar<DataVector>&,
104 : const tnsr::i<DataVector, SpatialDim, Frame>&,
105 : const tnsr::I<DataVector, SpatialDim, Frame>&,
106 : const tnsr::I<DataVector, SpatialDim, Frame>&,
107 : const tnsr::iJ<DataVector, SpatialDim, Frame>&,
108 : const tnsr::ii<DataVector, SpatialDim, Frame>&, const Scalar<DataVector>&,
109 : const tnsr::i<DataVector, SpatialDim, Frame>&)>(
110 : &gauge_source<DataVector, SpatialDim, Frame>);
111 :
112 0 : using base = GaugeH<DataVector, SpatialDim, Frame>;
113 : };
114 :
115 : /*!
116 : * \brief Compute item to get spacetime derivative of the gauge source function
117 : * from its spatial and time derivatives.
118 : *
119 : * \details Can be retrieved using
120 : * `gh::Tags::SpacetimeDerivGaugeH`.
121 : */
122 : template <size_t SpatialDim, typename Frame>
123 1 : struct SpacetimeDerivGaugeHCompute
124 : : SpacetimeDerivGaugeH<DataVector, SpatialDim, Frame>,
125 : db::ComputeTag {
126 0 : using argument_tags =
127 : tmpl::list<::Tags::dt<gh::Tags::GaugeH<DataVector, SpatialDim, Frame>>,
128 : ::Tags::deriv<gh::Tags::GaugeH<DataVector, SpatialDim, Frame>,
129 : tmpl::size_t<SpatialDim>, Frame>>;
130 :
131 0 : using return_type = tnsr::ab<DataVector, SpatialDim, Frame>;
132 :
133 0 : static constexpr void function(
134 : const gsl::not_null<tnsr::ab<DataVector, SpatialDim, Frame>*>
135 : spacetime_deriv_gauge_source,
136 : const tnsr::a<DataVector, SpatialDim, Frame>& time_deriv_gauge_source,
137 : const tnsr::ia<DataVector, SpatialDim, Frame>& deriv_gauge_source) {
138 : for (size_t b = 0; b < SpatialDim + 1; ++b) {
139 : spacetime_deriv_gauge_source->get(0, b) = time_deriv_gauge_source.get(b);
140 : for (size_t a = 1; a < SpatialDim + 1; ++a) {
141 : spacetime_deriv_gauge_source->get(a, b) =
142 : deriv_gauge_source.get(a - 1, b);
143 : }
144 : }
145 : }
146 :
147 0 : using base = SpacetimeDerivGaugeH<DataVector, SpatialDim, Frame>;
148 : };
149 : } // namespace Tags
150 : } // namespace gh
|
