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author | Erich Eckner <git@eckner.net> | 2015-07-23 14:34:46 +0200 |
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committer | Erich Eckner <git@eckner.net> | 2015-07-23 14:34:46 +0200 |
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+ Inhalt: TFeldInhalt; + Datei: File; + end; + + TProtokolldatei = record + datei: textfile; + einrueckung: longint; + end; + + { TProtokollant } + + TProtokollant = class(TObject) + private + sDat: ^TProtokolldatei; + Bes: String; + Kinder: array of TProtokollant; + Elter: TProtokollant; + public + constructor create(Dateiname: string); overload; + constructor create(Elter_: TProtokollant; Besitzer: string); overload; + destructor destroy; override; + procedure schreibe(s: string); + procedure schreibe(s: string; tee: boolean); + procedure destroyall; + end; + + { TFeld } + + pTFeld = ^TFeld; + TFeld = class(TObject) + public + Groessen: array[Boolean,TFeldInhalt] of extended; + // A, p[xyz]? und i?Gamma haben keine sinnvolle Ableitung hier! + dX,iDX,x,pDNMax: extended; + lN,rN: pTFeld; + constructor create(deltaX,pDNMa: extended); + procedure berechneGammaUndP; + procedure berechneNAbleitung; + procedure berechneAbleitungen(dT: extended); + end; + + { TGitter } + + TGitter = class(TObject) + private + groesse: longint; + Prot: TProtokollant; + procedure berechneAbleitungen(Felder: longint; dt: extended); overload; + procedure berechneAbleitungen(Felder: longint; dt: extended; out dTMax: extended); overload; + procedure setzeRaender(Felder: longint); + public + aktuelleFelder: longint; + Felders: array of array of TFeld; + dTMaximum,dX,iDX,xl,xr,t,pDNMax: extended; + pDNMaxDynamisch: boolean; + Zeitverfahren: TZeitverfahren; + Al,Ar: TVerteilungsfunktion; + constructor create(size: longint; deltaT,deltaX,pDNMa: extended; n0: TVerteilungsfunktion; ZV: TZeitverfahren; Protokollant: TProtokollant); + destructor destroy; override; + procedure iteriereSchritt(var dT: extended); + procedure macheAusgabe(AD: TAusgabedatei; sDX: extended); + function gibErhaltungsgroessen: string; + end; + +function Nullfunktion(x: extended): extended; +function timetostr(t: extended): string; + +const + OptionNamen: array[TFeldInhalt] of string = ( + 'A','AX','AY','AZ','dAXDT','dAYDT','dAZDT','N','dPhiDX','dPsiDX','P','PX','PY','PZ','Gamma','iGamma'); + AusgabeNamen: array[TFeldInhalt] of string = ( + 'fiA','fiAX','fiAY','fiAZ','fidAXDT','fidAYDT','fidAZDT','fiN','fidPhiDX','fidPsiDX','fiP','fiPX','fiPY','fiPZ','fiGamma','fiiGamma'); + AusgabeHilfe = '--d?A[XYZ]? --d?dA[XYZ]dt --d?N --d?dPhiDX --d?dPsiDX --P[XYZ]? --Gamma --iGamma'; + +implementation + +{ TProtokollant } + +constructor TProtokollant.create(Dateiname: string); +begin + inherited create; + getmem(sDat,sizeof(TProtokolldatei)); + sDat^.einrueckung:=10; + assignfile(sDat^.datei,Dateiname); + rewrite(sDat^.datei); + Bes:=''; + setlength(Kinder,0); + Elter:=nil; +end; + +constructor TProtokollant.create(Elter_: TProtokollant; Besitzer: string); +begin + inherited create; + sDat:=Elter_.sDat; + setlength(Elter_.Kinder,length(Elter_.Kinder)+1); + Elter_.Kinder[length(Elter_.Kinder)-1]:=self; + Elter:=Elter_; + setlength(Kinder,0); + Bes:=Elter.Bes+'.'+Besitzer; + if pos('.',Bes)=1 then delete(Bes,1,1); + if length(Bes)+4 > sDat^.einrueckung then + sDat^.einrueckung:=length(Bes)+4; +end; + +destructor TProtokollant.destroy; +var i: longint; +begin + while length(Kinder)>0 do + Kinder[length(Kinder)-1].free; + if assigned(Elter) then begin + flush(sDat^.datei); + i:=0; + while (i<length(Elter.Kinder)) and (Elter.Kinder[i]<>self) do + inc(i); + if i>=length(Elter.Kinder) then + schreibe('destroy fehlgeschlagen, ich kann mich nicht sehen.'); + inc(i); + while i<length(Elter.Kinder) do begin + Elter.Kinder[i-1]:=Elter.Kinder[i]; + inc(i); + end; + setlength(Elter.Kinder,length(Elter.Kinder)-1); + end + else begin + closefile(sDat^.datei); + freemem(sDat,sizeof(TProtokolldatei)); + end; + inherited destroy; +end; + +procedure TProtokollant.destroyall; +begin + if Assigned(Elter) then Elter.destroyall + else destroy; +end; + +procedure TProtokollant.schreibe(s: string); +begin + schreibe(s,false); +end; + +procedure TProtokollant.schreibe(s: string; tee: boolean); +var i: longint; +begin + for i:=length(Bes)+1 to sDat^.einrueckung do + s:=' '+s; + writeln(sDat^.datei,Bes+s); + if tee then + writeln(Bes+s); +end; + +{ TFeld } + +constructor TFeld.create(deltaX,pDNMa: extended); +var FI: TFeldinhalt; + Abl: Boolean; +begin + inherited create; + lN:=nil; + rN:=nil; + for Abl:=False to True do + for FI:=low(TFeldinhalt) to high(TFeldinhalt) do + Groessen[Abl,FI]:=0; + dX:=deltaX; + iDX:=1/dX; + x:=0; + pDNMax:=pDNMa; + Groessen[false,fiN]:=1; + Groessen[false,fiGamma]:=1; + Groessen[false,fiiGamma]:=1; +end; + +procedure TFeld.berechneGammaUndP; // aus aktuellem dPsi/dX und A +var b: byte; + tmp: extended; +begin + tmp:=0; + for b:=0 to 2 do begin + Groessen[false,TFeldinhalt(Byte(fiPX)+b)]:= + Groessen[false,TFeldinhalt(Byte(fiAX)+b)] + Groessen[false,fidPsiDX]*Byte(b=0); + tmp:=tmp+sqr(Groessen[false,TFeldinhalt(Byte(fiPX)+b)]); + end; + Groessen[false,fiGamma]:=sqrt(1+tmp); + Groessen[false,fiiGamma]:=1/Groessen[false,fiGamma]; +end; + +procedure TFeld.berechneNAbleitung; // Zeitableitung von n berechnen +begin +(* // dn/dt = -d(n/Gamma p_x)/dx + Groessen[true,fiN]:= + -( rN^.rN^.Groessen[false,fiN]*rN^.rN^.Groessen[false,fiiGamma]*rN^.rN^.Groessen[false,fiPX] + + rN^.Groessen[false,fiN]*rN^.Groessen[false,fiiGamma]*rN^.Groessen[false,fiPX] + - lN^.Groessen[false,fiN]*lN^.Groessen[false,fiiGamma]*lN^.Groessen[false,fiPX] + - lN^.lN^.Groessen[false,fiN]*lN^.lN^.Groessen[false,fiiGamma]*lN^.lN^.Groessen[false,fiPX] + )*iDX/6; + // es wird über die beiden nächsten linken bzw. rechten Nachbarn gemittelt *) + + // dn/dt = -d(n/Gamma p_x)/dx + (p_max*dx) * Laplace n + Groessen[true,fiN]:= + ( rN^.Groessen[false,fiN]*rN^.Groessen[false,fiiGamma]*(pDNMax - rN^.Groessen[false,fiPX]) + - lN^.Groessen[false,fiN]*lN^.Groessen[false,fiiGamma]*(-pDNMax - lN^.Groessen[false,fiPX]) + - Groessen[false,fiN]*Groessen[false,fiiGamma]*2*pDNMax)*iDX/2 + // Der zweite Summand entspricht (in etwa) einer thermischen Verschmierung + // und soll die numerische Stabilität bis zu p * dn/dx / n von 2*pDNMax gewährleisten. + // Es handelt sich um einen Diffusionsterm dn/dt = alpha * Laplace n mit + // alpha = pDNMax * dX +end; + +procedure TFeld.berechneAbleitungen(dT: extended); // Zeitableitungen berechnen +var b: byte; +begin + // d2Psi/dxdt = dPhi/dx - dGamma/dx + Groessen[true,fidPsiDX]:= + Groessen[false,fidPhiDX] + - (rN^.Groessen[false,fiGamma] - lN^.Groessen[false,fiGamma])*iDX/2; + // d3Phi/dx2dt = dn/dt ... hier muss integriert werden: + // d2Phi/dxdt = d2Phi/dxdt(x- deltax) + <dn/dt> * deltax + Groessen[true,fidPhiDX]:= + lN^.Groessen[true,fidPhiDX] + + (lN^.Groessen[true,fiN] + Groessen[true,fiN])*dX/2; + // d2A/dt2 = - n/gamma p + Laplace(A) ... + for b:=0 to 2 do + Groessen[true,TFeldinhalt(Byte(fidAXDT)+b)]:= + - (Groessen[false,fiN]*Groessen[false,fiiGamma]*Groessen[false,TFeldinhalt(Byte(fiPX)+b)]) + + (rN^.Groessen[false,TFeldinhalt(Byte(fiAX)+b)] + - 2*Groessen[false,TFeldinhalt(Byte(fiAX)+b)] + + lN^.Groessen[false,TFeldinhalt(Byte(fiAX)+b)])*sqr(iDX); + Groessen[true,fidAXDT]:=Groessen[true,fidAXDT] - Groessen[false,fidPhiDX]; // ... - Nabla(phi) + // dA/dt = dA/dt + for b:=0 to 2 do + Groessen[true,TFeldInhalt(Byte(fiAX)+b)]:= + Groessen[false,TFeldInhalt(Byte(fidAXDT)+b)] + + Groessen[true,TFeldInhalt(Byte(fidAXDT)+b)]*dT; +end; + +{ TGitter } + +procedure TGitter.berechneAbleitungen(Felder: longint; dT: extended; out dTMax: extended); +var i: longint; +begin + berechneAbleitungen(Felder,dT); + dTMax:=dTMaximum; + for i:=0 to groesse+3 do + if Felders[Felder,i].Groessen[true,fiN]<0 then begin + dTMax:=min(dTMax,Abs(Felders[Felder,i].Groessen[false,fiN]/Felders[Felder,i].Groessen[true,fiN])); + end; +end; + +procedure TGitter.berechneAbleitungen(Felder: longint; dT: extended); +var i: longint; +begin + for i:=0 to groesse+3 do begin +(* Felders[Felder,i].Groessen[false,fiN]:= + max(Felders[Felder,i].Groessen[false,fiN],0); // n >= 0 *) + Felders[Felder,i].berechneGammaUndP; + end; + Felders[Felder,1].Groessen[false,fiPX]:= // Teilchen werden reflektiert + Abs(Felders[Felder,1].Groessen[false,fiPX]); + Felders[Felder,groesse+2].Groessen[false,fiPX]:= + -Abs(Felders[Felder,groesse+2].Groessen[false,fiPX]); + setzeRaender(Felder); + for i:=1 to groesse+2 do + Felders[Felder,i].berechneNAbleitung; + for i:=1 to groesse+2 do + Felders[Felder,i].berechneAbleitungen(dT); +end; + +procedure TGitter.setzeRaender(Felder: longint); +var FI: TFeldInhalt; +begin + for FI:=fiAX to fiAZ do begin // Vakuumrandbedingungen für das A-Feld + Felders[Felder,0].Groessen[true,FI]:= + (Felders[Felder,1].Groessen[false,FI] - + Felders[Felder,0].Groessen[false,FI])*iDX; + Felders[Felder,groesse+3].Groessen[true,FI]:= + (Felders[Felder,groesse+2].Groessen[false,FI] - + Felders[Felder,groesse+3].Groessen[false,FI])*iDX; + end; // (ein bisschen wird noch reflektiert, vmtl. durch numerische Fehler) + Felders[Felder,0].Groessen[true,fiAy]:= + Felders[Felder,0].Groessen[true,fiAy] + + (Al(t+dTMaximum)-Al(t))/dTMaximum; + Felders[Felder,groesse+3].Groessen[true,fiAy]:= + Felders[Felder,groesse+3].Groessen[true,fiAy] + + (Ar(t+dTMaximum)-Ar(t))/dTMaximum; +end; + +constructor TGitter.create(size: longint; deltaT,deltaX,pDNMa: extended; n0: TVerteilungsfunktion; ZV: TZeitverfahren; Protokollant: TProtokollant); +var i,j: longint; +begin + inherited create; + Ar:=@Nullfunktion; + Al:=@Nullfunktion; + Zeitverfahren:=ZV; + groesse:=size; + Prot:=TProtokollant.create(Protokollant,'TGitter'); + dTMaximum:=deltaT; + dX:=deltaX; + iDX:=1/dX; + if pDNMa < 0 then begin + pDNMax:=0; + pDNMaxDynamisch:=true; + end + else pDNMax:=pDNMa; + case Zeitverfahren of + zfEulerVorwaerts: Setlength(Felders,2); + zfRungeKuttaVier: Setlength(Felders,5); + end{of Case}; + xl:=dX/2; + for i:=0 to length(Felders)-1 do begin + setlength(Felders[i],size+4); // auf jeder Seite je zwei Felder Rand extra + for j:=0 to length(felders[i])-1 do begin + felders[i,j]:=TFeld.create(dX,pDNMax); + felders[i,j].x:=xl+j*dX; + felders[i,j].Groessen[false,fiN]:=n0(felders[i,j].x); + felders[i,j].Groessen[false,fidPsiDX]:=0.0001*Cos(j/(length(felders[i])-1)*pi*15); + end; + felders[i,0].lN:=@felders[i,0]; + for j:=1 to length(felders[i])-1 do begin + felders[i,j].lN:=@felders[i,j-1]; + felders[i,j-1].rN:=@felders[i,j]; + end; + felders[i,length(felders[i])-1].rN:=@felders[i,length(felders[i])-1]; + end; + xr:=xl+dX*(length(Felders[0])-1); + aktuelleFelder:=0; + t:=0; +end; + +destructor TGitter.destroy; +var i,j: longint; +begin + for i:=0 to 1 do + for j:=0 to length(Felders[i])-1 do + Felders[i,j].free; + inherited destroy; +end; + +procedure TGitter.iteriereSchritt(var dT: extended); +var i: longint; + FI: TFeldInhalt; + dTMax: extended; + {$IFDEF Zeitschrittueberwachung} + Pro: TProtokollant; + {$ENDIF} +const zeitObergrenze = 1/4; + zeitSollwert = 1/8; + zeitUntergrenze = 1/16; +begin + berechneAbleitungen(aktuelleFelder,dT,dTMax); // y' = y'(t,y(t)) + {$IFDEF Zeitschrittueberwachung} + Pro:=TProtokollant.create(Prot,'iteriereSchritt'); + {$ENDIF} + while dT>=dTMax*zeitObergrenze do begin + dT:=dTMax*zeitSollwert; + berechneAbleitungen(aktuelleFelder,dT,dTMax); // y' = y'(t,y(t)) + {$IFDEF Zeitschrittueberwachung} + Pro.schreibe('+ neues dT: '+floattostr(dT)+' (t='+floattostr(t)+')'); + {$ENDIF} + end; + {$IFDEF Zeitschrittueberwachung} + if dT<1e-30 then begin + for i:=1 to groesse+2 do + if (Felders[aktuelleFelder,i].Groessen[true,fiN]<0) and + (Abs(Felders[aktuelleFelder,i].Groessen[false,fiN]/ + Felders[aktuelleFelder,i].Groessen[true,fiN])<1e-15) then + Prot.schreibe( + floattostr(t)+' '+ + inttostr(i)+' '+ + floattostr(Felders[aktuelleFelder,i-1].Groessen[false,fidPsiDX]* + Felders[aktuelleFelder,i-1].Groessen[false,fiiGamma])+' '+ + floattostr(Felders[aktuelleFelder,i-1].Groessen[false,fiN])+' '+ + floattostr(Felders[aktuelleFelder,i-1].Groessen[true,fiN])+' '+ + floattostr(Felders[aktuelleFelder,i].Groessen[false,fidPsiDX]* + Felders[aktuelleFelder,i].Groessen[false,fiiGamma])+' '+ + floattostr(Felders[aktuelleFelder,i].Groessen[false,fiN])+' '+ + floattostr(Felders[aktuelleFelder,i].Groessen[true,fiN])+' '+ + floattostr(Felders[aktuelleFelder,i+1].Groessen[false,fidPsiDX]* + Felders[aktuelleFelder,i+1].Groessen[false,fiiGamma])+' '+ + floattostr(Felders[aktuelleFelder,i+1].Groessen[false,fiN])+' '+ + floattostr(Felders[aktuelleFelder,i+1].Groessen[true,fiN]), + true); + Pro.destroyall; + halt(1); + end; + {$ENDIF} + + case Zeitverfahren of + zfEulerVorwaerts: + begin // y(t+dt) = y(t) + y' dt + for i:=0 to groesse+3 do + for FI:=low(TFeldinhalt) to fidPsiDX do + Felders[1-aktuelleFelder,i].Groessen[false,FI]:= + Felders[aktuelleFelder,i].Groessen[false,FI] + + Felders[aktuelleFelder,i].Groessen[true,FI]*dT; + end; + zfRungeKuttaVier: + begin + for i:=0 to groesse+3 do // ya = y(t) + y' dt/2 + for FI:=low(TFeldinhalt) to fidPsiDX do + Felders[2,i].Groessen[false,FI]:= + Felders[aktuelleFelder,i].Groessen[false,FI] + + Felders[aktuelleFelder,i].Groessen[true,FI]*dT/2; + berechneAbleitungen(2,dT/2,dTMax); // ya' = y'(t+dt/2,ya) + if dT/2>dTMax*zeitObergrenze then begin + {$IFDEF Zeitschrittueberwachung} + Pro.schreibe('1. '+floattostr(dT/2)+'>'+floattostr(dTMax*zeitObergrenze)+' (t='+floattostr(t)+')',true); + Pro.free; + {$ENDIF} + dT:=dTMax*zeitSollwert; + exit; + end; + for i:=0 to groesse+3 do // yb = y(t) + ya' dt/2 + for FI:=low(TFeldinhalt) to fidPsiDX do + Felders[3,i].Groessen[false,FI]:= + Felders[aktuelleFelder,i].Groessen[false,FI] + + Felders[2,i].Groessen[true,FI]*dT/2; + berechneAbleitungen(3,dT/2,dTMax); // yb' = y'(t+dt/2,yb) + if dT/2>dTMax*zeitObergrenze then begin + {$IFDEF Zeitschrittueberwachung} + Pro.schreibe('2. '+floattostr(dT/2)+'>'+floattostr(dTMax*zeitObergrenze)+' (t='+floattostr(t)+')',true); + Pro.free; + {$ENDIF} + dT:=dTMax*zeitSollwert; + exit; + end; + for i:=0 to groesse+3 do // yc = y(t) + yb' dt + for FI:=low(TFeldinhalt) to fidPsiDX do + Felders[4,i].Groessen[false,FI]:= + Felders[aktuelleFelder,i].Groessen[false,FI] + + Felders[3,i].Groessen[true,FI]*dT; + berechneAbleitungen(4,dT/2,dTMax); // yc' = y'(t+dt,yc) + if dT/2>dTMax*zeitObergrenze then begin + {$IFDEF Zeitschrittueberwachung} + Pro.schreibe('3. '+floattostr(dT/2)+'>'+floattostr(dTMax*zeitObergrenze)+' (t='+floattostr(t)+')',true); + Pro.free; + {$ENDIF} + dT:=dTMax*zeitSollwert; + exit; + end; + for i:=0 to groesse+3 do // y(t+dt) = y(t) + (y' + 2(ya' + yb') + yc') dt/6 + for FI:=low(TFeldinhalt) to fidPsiDX do + Felders[1-aktuelleFelder,i].Groessen[false,FI]:= + Felders[aktuelleFelder,i].Groessen[false,FI] + + (Felders[aktuelleFelder,i].Groessen[true,FI] + + 2*(Felders[2,i].Groessen[true,FI] + + Felders[3,i].Groessen[true,FI]) + + Felders[4,i].Groessen[true,FI])*dT/6; + end; + end{of case}; + + t:=t+dT; + aktuelleFelder:=1-aktuelleFelder; + if dT<dTMax*zeitUntergrenze then begin + dT:=dTMax*zeitSollwert; + {$IFDEF Zeitschrittueberwachung} + Pro.schreibe('- neues dT: '+floattostr(dT)+' (t='+floattostr(t)+')'); + {$ENDIF} + end; + {$IFDEF Zeitschrittueberwachung} + for i:=0 to groesse+3 do + if Felders[aktuelleFelder,i].Groessen[false,fiN]<0 then begin + Pro.schreibe( + 'n<=0 bei '+ + floattostr(t)+' '+ + inttostr(i)+' '+ + floattostr(Felders[aktuelleFelder,i-1].Groessen[false,fidPsiDX]* + Felders[aktuelleFelder,i-1].Groessen[false,fiiGamma])+' '+ + floattostr(Felders[aktuelleFelder,i-1].Groessen[false,fiN])+' '+ + floattostr(Felders[aktuelleFelder,i-1].Groessen[true,fiN])+' '+ + floattostr(Felders[aktuelleFelder,i].Groessen[false,fidPsiDX]* + Felders[aktuelleFelder,i].Groessen[false,fiiGamma])+' '+ + floattostr(Felders[aktuelleFelder,i].Groessen[false,fiN])+' '+ + floattostr(Felders[aktuelleFelder,i].Groessen[true,fiN])+' '+ + floattostr(Felders[aktuelleFelder,i+1].Groessen[false,fidPsiDX]* + Felders[aktuelleFelder,i+1].Groessen[false,fiiGamma])+' '+ + floattostr(Felders[aktuelleFelder,i+1].Groessen[false,fiN])+' '+ + floattostr(Felders[aktuelleFelder,i+1].Groessen[true,fiN]),true); + Pro.destroyall; + halt(1); + end; + {$ENDIF} +end; + +procedure TGitter.macheAusgabe(AD: TAusgabedatei; sDX: extended); +var i: longint; + tmp,sX: extended; + b: byte; +begin + if AD.Inhalt in [fiA,fiP] then + for i:=0 to length(Felders[aktuelleFelder])-1 do begin + tmp:=0; + for b:=1 to 3 do + tmp:=tmp + sqr(Felders[aktuelleFelder,i].Groessen[AD.Ableitung,TFeldinhalt(Byte(AD.Inhalt)+b)]); + Felders[aktuelleFelder,i].Groessen[AD.Ableitung,AD.Inhalt]:=sqrt(tmp); + end; + i:=floor((xr-xl)/sDX+1); + tmp:=xl+(i-1)*sDX; + BlockWrite(AD.Datei,xl,sizeof(extended)); + BlockWrite(AD.Datei,tmp,sizeof(extended)); + BlockWrite(AD.Datei,i,sizeof(longint)); + sX:=xl-Min(dX,sDX)/2; + for i:=0 to length(Felders[aktuelleFelder])-1 do + while Felders[aktuelleFelder,i].x>=sX do begin + BlockWrite(AD.Datei,Felders[aktuelleFelder,i].Groessen[AD.Ableitung,AD.Inhalt],sizeof(extended)); + sX:=sX+sDX; + end; +end; + +function TGitter.gibErhaltungsgroessen: string; +var i,j,k: integer; + n: extended; + Pro: TProtokollant; +begin + Pro:=TProtokollant.create(Prot,'gibErhaltungsgroessen'); + n:=0; + for i:=0 to groesse+3 do + n:=n+Felders[aktuelleFelder,i].Groessen[false,fiN]; + for i:=1 to groesse+2 do + if abs(Felders[aktuelleFelder,i].Groessen[false,fiPx]* + (Felders[aktuelleFelder,i+1].Groessen[false,fiN]-Felders[aktuelleFelder,i-1].Groessen[false,fiN])/ + Max(Felders[aktuelleFelder,i+1].Groessen[false,fiN]+Felders[aktuelleFelder,i-1].Groessen[false,fiN],1e-10)) + > pDNMax then begin + if pDNMaxDynamisch then begin + pDNMax:= + 2* + abs(Felders[aktuelleFelder,i].Groessen[false,fiPx]* + (Felders[aktuelleFelder,i+1].Groessen[false,fiN]-Felders[aktuelleFelder,i-1].Groessen[false,fiN])/ + Max(Felders[aktuelleFelder,i+1].Groessen[false,fiN]+Felders[aktuelleFelder,i-1].Groessen[false,fiN],1e-10)); + for j:=0 to length(felders)-1 do + for k:=0 to length(felders[j])-1 do + felders[j,k].pDNMax:=pDNMax; + Pro.schreibe('Neues maximales px * dn/dx / n: '+floattostr(pDNMax)+' (t='+floattostr(t)+')'); + end + else + if pDNMax>0 then begin + Pro.schreibe('Warnung: maximaler Impuls * dn/dx / n von '+floattostr(pDNMax)+' wurde überschritten (t='+floattostr(t)+ + 'T), die numerische Stabilität ist nicht mehr gewährleistet!',true); + Pro.schreibe(' Lösung: größeren Diffusionsterm wählen (-D)',true); + Pro.schreibe(' außerdem empfohlen: Ortsauflösung in gleichem Maße verbessern (-x)',true); + pDNMax:=-1; + end; + end; + result:='n='+floattostr(n); + {$IFDEF Dichteueberwachung} + if n>1000 then begin + errorCode:=2; + Pro.schreibe(' n > 1000, es scheinen sehr viele neue Teilchen entstanden zu sein. Die Simulation wird abgebrochen. (t='+floattostr(t)+')'); + end; + {$ENDIF} + Pro.free; +end; + +function Nullfunktion(x: extended): extended; +begin + result:=0*x; +end; + +function timetostr(t: extended): string; +var b: boolean; +begin + result:=''; + b:=t>=1; + if b then begin + result:=result+inttostr(floor(t))+' Tage '; + t:=t-floor(t); + end; + t:=t*24; + b:=b or (t>=1); + if b then begin + result:=result+inttostr(floor(t))+'h '; + t:=t-floor(t); + end; + t:=t*60; + b:=b or (t>=1); + if b then begin + result:=result+inttostr(floor(t))+'min '; + t:=t-floor(t); + end; + t:=t*60; + result:=result+inttostr(round(t))+'s'; +end; + +end. + diff --git a/Plasmapropagation b/Plasmapropagation Binary files differnew file mode 100755 index 0000000..c461c9f --- /dev/null +++ b/Plasmapropagation diff --git a/Plasmapropagation.lpi b/Plasmapropagation.lpi new file mode 100644 index 0000000..40504f6 --- /dev/null +++ b/Plasmapropagation.lpi @@ -0,0 +1,98 @@ +<?xml version="1.0"?> +<CONFIG> + <ProjectOptions> + <Version Value="9"/> + <General> + <Flags> + <MainUnitHasCreateFormStatements Value="False"/> + </Flags> + <SessionStorage Value="InProjectDir"/> + <MainUnit Value="0"/> + <Title Value="Plasmapropagation"/> + <UseAppBundle Value="False"/> + <ResourceType Value="res"/> + </General> + <i18n> + <EnableI18N LFM="False"/> + </i18n> + <VersionInfo> + <StringTable ProductVersion=""/> + </VersionInfo> + <BuildModes Count="1"> + <Item1 Name="Default" Default="True"/> + </BuildModes> + <PublishOptions> + <Version Value="2"/> + <IncludeFileFilter Value="*.(pas|pp|inc|lfm|lpr|lrs|lpi|lpk|sh|xml)"/> + <ExcludeFileFilter Value="*.(bak|ppu|o|so);*~;backup"/> + </PublishOptions> + <RunParams> + <local> + <FormatVersion Value="1"/> + <LaunchingApplication PathPlusParams="/usr/bin/screen -T 'Lazarus Run Output' -e $(LazarusDir)/tools/runwait.sh $(TargetCmdLine)"/> + </local> + </RunParams> + <Units Count="2"> + <Unit0> + <Filename Value="Plasmapropagation.lpr"/> + <IsPartOfProject Value="True"/> + <UnitName Value="Plasmapropagation"/> + </Unit0> + <Unit1> + <Filename Value="Physikunit.pas"/> + <IsPartOfProject Value="True"/> + <UnitName Value="Physikunit"/> + </Unit1> + </Units> + </ProjectOptions> + <CompilerOptions> + <Version Value="11"/> + <Target> + <Filename Value="Plasmapropagation"/> + </Target> + <SearchPaths> + <IncludeFiles Value="$(ProjOutDir)"/> + <UnitOutputDirectory Value="lib/$(TargetCPU)-$(TargetOS)"/> + </SearchPaths> + <CodeGeneration> + <Checks> + <IOChecks Value="True"/> + <RangeChecks Value="True"/> + <OverflowChecks Value="True"/> + <StackChecks Value="True"/> + </Checks> + <VerifyObjMethodCallValidity Value="True"/> + </CodeGeneration> + <Linking> + <Options> + <Win32> + <GraphicApplication Value="True"/> + </Win32> + </Options> + </Linking> + <Other> + <Verbosity> + <ShoLineNum Value="True"/> + <ShowAllProcsOnError Value="True"/> + <ShowDebugInfo Value="True"/> + </Verbosity> + <CompilerMessages> + <MsgFileName Value=""/> + </CompilerMessages> + <CompilerPath Value="$(CompPath)"/> + </Other> + </CompilerOptions> + <Debugging> + <Exceptions Count="3"> + <Item1> + <Name Value="EAbort"/> + </Item1> + <Item2> + <Name Value="ECodetoolError"/> + </Item2> + <Item3> + <Name Value="EFOpenError"/> + </Item3> + </Exceptions> + </Debugging> +</CONFIG> diff --git a/Plasmapropagation.lpr b/Plasmapropagation.lpr new file mode 100644 index 0000000..52e1926 --- /dev/null +++ b/Plasmapropagation.lpr @@ -0,0 +1,279 @@ +program Plasmapropagation; + +{$mode objfpc}{$H+} + +uses + {$IFDEF UNIX}{$IFDEF UseCThreads} + cthreads, + {$ENDIF}{$ENDIF} + Classes, SysUtils, CustApp, + { you can add units after this } + math, Physikunit, crt; + +var ErrorCode: longint; + +type + + { TPlasmapropagation } + + TPlasmapropagation = class(TCustomApplication) + protected + procedure DoRun; override; + public + constructor Create(TheOwner: TComponent); override; + destructor Destroy; override; + procedure WriteHelp; virtual; + end; + +function InputFeld(t: extended): extended; +const a0 = 1; + omega = 2*pi*100; + tfwhm = 10 * 2*pi/omega; + tMitte = 3*tfwhm; +begin +(* result:= + a0 * Exp(-2*Ln(2)*sqr((t-tMitte)/tfwhm)) * + (omega*Cos(t*omega) + 4*Ln(2)*(tMitte - t)*Sin(t*omega)/sqr(tfwhm)); *) + + result:= + a0 * Exp(-2*Ln(2)*sqr((t-tMitte)/tfwhm)) * + Sin(t*omega) +end; + +function Anfangsdichte(x: extended): extended; +const Profilbreite = 0.5; + Randbreite = 0.1; + offset = 0.0001; + Mitte = 0.75; +begin + x:=abs(x-Mitte); + result:=1+offset; + if x<=Profilbreite then exit; + result:=0+offset; + if x>=Profilbreite+Randbreite then exit; + result:=sqr(sin((Profilbreite+Randbreite-x)*0.5*pi/Randbreite))+offset; +end; + +{ TPlasmapropagation } + +procedure TPlasmapropagation.DoRun; +var + ErrorMsg,s,t,u: String; + Breite,i,j: longint; + Gitter: TGitter; + deltaT,deltaX,start, + sT,sDT,sDX,Endzeit, + zeitDatei,zeitPhysik, + pDNMax: extended; + AusgabeDateien: array of TAusgabeDatei; + FI: TFeldInhalt; + Zeitverfahren: TZeitverfahren; + Abl: Boolean; + Prot: TProtokollant; + c: char; +begin + // quick check parameters + start:=now; + s:=''; + for Abl:=False to True do + for FI:=low(TFeldInhalt) to high(TFeldInhalt) do + if not (Abl and (FI in [fiP,fiPX,fiPY,fiPZ,fiGamma,fiiGamma])) then + s:=s+' '+Copy('d',1,Byte(Abl))+OptionNamen[FI]+':'; + ErrorMsg:=CheckOptions('HB:Z:x:t:FEX:T:D:','Hilfe Breite: Zeit: Ortsschritt: Zeitschritt: Fortschrittsanzeige Euler Ortsspeicherschritt: Zeitspeicherschritt: Diffusionsterm:'+s); + if (ErrorMsg='') then begin + setlength(Ausgabedateien,0); + for Abl:=False to True do + for FI:=low(TFeldInhalt) to high(TFeldInhalt) do + if not (Abl and (FI in [fiGamma,fiP])) then + if HasOption(Copy('d',1,Byte(Abl))+OptionNamen[FI]) then begin + setlength(Ausgabedateien,length(Ausgabedateien)+1); + Ausgabedateien[length(Ausgabedateien)-1].Inhalt:=FI; + Ausgabedateien[length(Ausgabedateien)-1].Ableitung:=Abl; + AssignFile(Ausgabedateien[length(Ausgabedateien)-1].Datei,GetOptionValue(Copy('d',1,Byte(Abl))+OptionNamen[FI])); + end; + if length(Ausgabedateien)=0 then + ErrorMsg:='Du solltest irgendetwas abspeichern lassen! ('+AusgabeHilfe+')'; + end; + if ErrorMsg<>'' then begin + ShowException(Exception.Create(ErrorMsg)); + Terminate; + Exit; + end; + + // parse parameters + if HasOption('H','Hilfe') then begin + WriteHelp; + Terminate; + Exit; + end; + if HasOption('Z','Zeit') then Endzeit:=strtofloat(GetOptionValue('Z','Zeit')) + else Endzeit:=100; + if HasOption('x','Ortsschritt') then deltaX:=strtofloat(GetOptionValue('x','Ortsschritt')) + else deltaX:=1e-2; + if HasOption('B','Breite') then Breite:=round(strtofloat(GetOptionValue('B','Breite'))/deltaX) + else Breite:=1000; + if HasOption('t','Zeitschritt') then deltaT:=strtofloat(GetOptionValue('t','Zeitschritt')) + else deltaT:=deltaX/10; + if HasOption('X','Ortsspeicherschritt') then begin + s:=GetOptionValue('X','Ortsspeicherschritt'); + if pos('#',s)=0 then sDX:=strtofloat(s) + else sDX:=Breite*deltaX/strtofloat(rightstr(s,length(s)-1)); + end + else sDX:=deltaX; + if HasOption('T','Zeitspeicherschritt') then begin + s:=GetOptionValue('T','Zeitspeicherschritt'); + if pos('#',s)=0 then sDT:=strtofloat(s) + else sDT:=Endzeit/strtofloat(rightstr(s,length(s)-1)); + end + else sDT:=sDX; + if HasOption('D','Diffusionsterm') then pDNMax:=strtofloat(GetOptionValue('D','Diffusionsterm')) + else pDNMax:=-1; + if HasOption('E','Euler') then Zeitverfahren:=zfEulerVorwaerts + else Zeitverfahren:=zfRungeKuttaVier; + + { add your program here } + + Prot:=TProtokollant.create('error'); + + Prot.schreibe('Simulationsbox'); + Prot.schreibe(' '+inttostr(breite)+' Felder breit ('+floattostr(breite*deltaX)+' lambda)'); + Prot.schreibe(' '+floattostr(Endzeit)+' T lang (etwa '+inttostr(round(Endzeit/deltaT))+' Schritte)'); + Prot.schreibe(' '+floattostr(deltaT)+' Zeitschritt und '+floattostr(deltaX)+' Ortsschritt'); + for i:=0 to length(Ausgabedateien)-1 do begin + Prot.schreibe('Mache Ausgabe '+Copy('d',1,Byte(Ausgabedateien[i].Ableitung))+Ausgabenamen[Ausgabedateien[i].Inhalt]+'.'); + Rewrite(Ausgabedateien[i].Datei,1); + j:=0; + BlockWrite(Ausgabedateien[i].Datei,j,sizeof(longint)); + j:=floor(Endzeit/sDT+1); + BlockWrite(Ausgabedateien[i].Datei,j,sizeof(longint)); + end; + if pDNMax<0 then Prot.schreibe('Maximales px * dn/dx / n wird automatisch ermittelt.') + else Prot.schreibe('Maximales px * dn/dx / n: '+floattostr(pDNMax/deltaX)+'mc/dx'); + s:='Iterationsverfahren: '; + case Zeitverfahren of + zfEulerVorwaerts: s:=s+'Euler-Vorwärts'; + zfRungeKuttaVier: s:=s+'Runge-Kutta'; + else s:=s+'unbekannt!?'; + end{of case}; + Prot.schreibe(s); + + zeitDatei:=0; + zeitPhysik:=0; + sT:=-Min(deltaT,sDT)/2; + Gitter:=TGitter.create(Breite,deltaT,deltaX,pDNMax,@Anfangsdichte,Zeitverfahren,Prot); +// Gitter.Al:=@InputFeld; + while Gitter.t<Endzeit do begin + if HasOption('F','Fortschrittsanzeige') then begin + if errorCode<2 then + s:=Gitter.gibErhaltungsgroessen; + if (floor(100*Gitter.t/Endzeit) < floor(100*(Gitter.t+deltaT)/Endzeit)) or keypressed then begin + if keypressed then c:=readkey + else c:=#0; + case c of + #27,'q': begin + errorCode:=3; + break; + end; + ' ': begin + writeln(' ... Pause (beliebige Taste drücken um fortzufahren) ...'); + readkey; + writeln(' ... weiter geht''s ...'); + end; + else begin + Prot.schreibe(inttostr(round(100*Gitter.t/Endzeit))+'% (t='+floattostr(Gitter.t)+'T)',true); + Prot.schreibe(timetostr(now-start)+' ('+floattostr(zeitPhysik/max(1e-11,zeitPhysik+zeitDatei))+')',true); + Prot.schreibe('ETA: '+timetostr((now-start)*(Endzeit-Gitter.t)/max(Gitter.t,deltaT)),true); + Prot.schreibe('aktueller Zeitschritt: '+floattostr(deltaT)+'T',true); + Prot.schreibe(s); + end; + end{of case}; + end; + end; + + zeitPhysik:=zeitPhysik-now; + if errorCode<2 then + Gitter.iteriereSchritt(deltaT); + zeitPhysik:=zeitPhysik+now; + zeitDatei:=zeitDatei-now; + while Gitter.t>=sT do begin + sT:=sT+sDT; + for j:=0 to length(Ausgabedateien)-1 do + Gitter.macheAusgabe(Ausgabedateien[j],sDX); + end; + zeitDatei:=zeitDatei+now; + end; + + case errorCode of + 2: Prot.schreibe('Simulation wurde auf halbem Wege abgebrochen wegen Überlaufs.',true); + 3: Prot.schreibe('Simulation wurde auf halbem Wege abgebrochen wegen Benutzereingriffs.',true); + end{of case}; + + for i:=0 to length(Ausgabedateien)-1 do + CloseFile(Ausgabedateien[i].Datei); + + Prot.schreibe('fertig!',true); + s:=timetostr(now-start); + t:=timetostr(zeitDatei); + u:=timetostr(zeitPhysik); + while length(s)<max(length(t),length(u)) do s:=' '+s; + while length(t)<max(length(s),length(u)) do t:=' '+t; + while length(u)<max(length(s),length(t)) do u:=' '+u; + Prot.schreibe('Das hat '+s+' gedauert,',true); + Prot.schreibe(' davon '+t+' für Dateizugriffe',true); + Prot.schreibe('und nur '+u+' für die eigentliche Physik!',true); + + Gitter.Free; + Prot.Free; + // stop program loop + Terminate; + if errorCode=1 then errorCode:=0; +end; + +constructor TPlasmapropagation.Create(TheOwner: TComponent); +begin + inherited Create(TheOwner); + errorCode:=1; + StopOnException:=True; +end; + +destructor TPlasmapropagation.Destroy; +begin + inherited Destroy; +end; + +procedure TPlasmapropagation.WriteHelp; +begin + { add your help code here } + writeln('Verwendung:'); + writeln(ExeName,' -HBZxtFEP '+AusgabeHilfe); + writeln(' -H/--Hilfe Hilfe anzeigen'); + writeln(' -B/--Breite=x'); + writeln(' Breite der Simulationsbox in Plasmawellenlängen'); + writeln(' -Z/Zeit=x'); + writeln(' Länge der Simulationsbox in Plasmaoszillationsperioden'); + writeln(' -x/Ortsschritt=x'); + writeln(' Ortsdiskretisierung in Plasmaoszillationsvakuumwellenlängen'); + writeln(' -t/Zeitschritt=x'); + writeln(' Zeitdiskretisierung in Plasmaoszillationsperioden'); + writeln(' -X/Ortsspeicherschritt=x'); + writeln(' Ortsdiskretisierung der gespeicherten Werte in Plasmaoszillationsvakuumwellenlängen'); + writeln(' -T/Zeitspeicherschritt=x'); + writeln(' Zeitdiskretisierung der gespeicherten Werte in Plasmaoszillationsperioden'); + writeln(' -F/Fortschrittsanzeige'); + writeln(' -E/Euler'); + writeln(' verwende Eulerverfahren statt Runge-Kutta Stufe 4'); + writeln(' -D/Diffusionsterm=x'); + writeln(' p_x * dn/dx / n, bis zu dem numerische Stabilität gewähleistet ist.'); + writeln(' Ein hoher Wert bringt in Verbindung mit einer schlechten Ortsauflösung unphysikalische Ergebnisse!'); + writeln(' Ein negativer Wert sowie keine Angabe aktivieren die automatische Bestimmung. Das garantiert numerische Stabilität, führt jedoch möglicherweise unbemerkt zu unphysikalischen Ergebnissen.'); +end; + +var + Application: TPlasmapropagation; +begin + Application:=TPlasmapropagation.Create(nil); + Application.Run; + Application.Free; + Halt(errorCode); +end. + diff --git a/Plasmapropagation.lps b/Plasmapropagation.lps new file mode 100644 index 0000000..6dd806f --- /dev/null +++ b/Plasmapropagation.lps @@ -0,0 +1,179 @@ +<?xml version="1.0"?> +<CONFIG> + <ProjectSession> + <Version Value="9"/> + <BuildModes Active="Default"/> + <Units Count="4"> + <Unit0> + <Filename Value="Plasmapropagation.lpr"/> + <IsPartOfProject Value="True"/> + <UnitName Value="Plasmapropagation"/> + <EditorIndex Value="0"/> + <WindowIndex Value="0"/> + <TopLine Value="76"/> + <CursorPos X="29" Y="82"/> + <UsageCount Value="117"/> + <Loaded Value="True"/> + </Unit0> + <Unit1> + <Filename Value="Physikunit.pas"/> + <IsPartOfProject Value="True"/> + <UnitName Value="Physikunit"/> + <IsVisibleTab Value="True"/> + <EditorIndex Value="1"/> + <WindowIndex Value="0"/> + <TopLine Value="67"/> + <CursorPos X="26" Y="86"/> + <UsageCount Value="58"/> + <Bookmarks Count="1"> + <Item0 X="1" Y="384" ID="0"/> + </Bookmarks> + <Loaded Value="True"/> + </Unit1> + <Unit2> + <Filename Value="../epost/epostunit.pas"/> + <UnitName Value="epostunit"/> + <WindowIndex Value="0"/> + <TopLine Value="575"/> + <CursorPos X="1" Y="1"/> + <FoldState Value=" T3jg0C2 pk4kM0{A1O"/> + <UsageCount Value="1"/> + </Unit2> + <Unit3> + <Filename Value="input.epost"/> + <EditorIndex Value="2"/> + <WindowIndex Value="0"/> + <TopLine Value="45"/> + <CursorPos X="1" Y="69"/> + <UsageCount Value="57"/> + <Loaded Value="True"/> + <DefaultSyntaxHighlighter Value="None"/> + </Unit3> + </Units> + <General> + <ActiveWindowIndexAtStart Value="0"/> + </General> + <JumpHistory Count="30" HistoryIndex="29"> + <Position1> + <Filename Value="Physikunit.pas"/> + <Caret Line="426" Column="66" TopLine="392"/> + </Position1> + 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Ausgabe fiAY. + Mache Ausgabe fidAYDT. + Mache Ausgabe fiN. + Mache Ausgabe fidPhiDX. + Mache Ausgabe fidPsiDX. + Mache Ausgabe fiGamma. + Maximales px * dn/dx / n wird automatisch ermittelt. + Iterationsverfahren: Runge-Kutta +TGitter.gibErhaltungsgroessen Neues maximales px * dn/dx / n: 4.90867701035798E-13 (t=0.000025) +TGitter.gibErhaltungsgroessen Neues maximales px * dn/dx / n: 1.9210083367696E-6 (t=0.000025) +TGitter.gibErhaltungsgroessen Neues maximales px * dn/dx / n: 6.95677493143965E-6 (t=0.000025) +TGitter.gibErhaltungsgroessen Neues maximales px * dn/dx / n: 0.00001391665818 (t=0.000025) + 1% (t=0.0099875T) + 4s (0.93572594126268) + ETA: 6min 12s + aktueller Zeitschritt: 0.0000125T + n=1100.1504001997 + 2% (t=0.0199875T) + 7s (0.93845056986265) + ETA: 6min 4s + aktueller Zeitschritt: 0.0000125T + n=1100.15040039965 + 3% (t=0.0299875T) + 11s (0.9396443307214) + ETA: 5min 59s + aktueller Zeitschritt: 0.0000125T + n=1100.1504005996 + 4% (t=0.04T) + 15s (0.93995505725415) + 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ffff00 + 00ff00 + 00ffff + 0000ff + ff00ff + 000000 + Ende + +Threadanzahl: 10 + +Dateien einlesen + Genauigkeit: extended + Ntest + Ende + +lineares Bild + Palette: erweiterter Regenbogen + maximale und minimale Dichten bestimmen + Datei: N.bmp + Ende + + Dateien einlesen + Genauigkeit: extended + Gammatest + Ende + +lineares Bild + Palette: erweiterter Regenbogen + maximale und minimale Dichten bestimmen + Datei: Gamma.bmp + Ende + +Dateien einlesen + Genauigkeit: extended + dPhiDXtest + Ende + +lineares Bild + Palette: erweiterter Regenbogen + maximale und minimale Dichten bestimmen + Datei: dPhiDX.bmp + Ende + +Dateien einlesen + Genauigkeit: extended + dPsiDXtest + Ende + +lineares Bild + Palette: erweiterter Regenbogen + maximale und minimale Dichten bestimmen + Datei: dPsiDX.bmp + Ende + +Dateien einlesen + Genauigkeit: extended + AYtest + Ende + +Dateiende + +lineares Bild + Palette: erweiterter Regenbogen + maximale und minimale Dichten bestimmen + Datei: AY.bmp + Ende + 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