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diff --git a/Physikunit.pas b/Physikunit.pas index 2c6b8ce..25a84a5 100644 --- a/Physikunit.pas +++ b/Physikunit.pas @@ -23,12 +23,14 @@ type efDPhiDX ); tMaterieFeldInhalt = ( - mfN,mfDPsiDX, - mfP,mfPX,mfPY,mfPZ, - mfGamma,mfIGamma + mfN,mfDPsiDX, // Teilchendichte, Geschwindigkeitsdichte + mfRho, // Ladungsdichte + mfP,mfPX,mfPY,mfPZ, // Impuls + mfGamma,mfIGamma // rel. Gamma-Faktor ); tGitter = class; + tFelder = class; { tAusgabeDatei } @@ -70,6 +72,9 @@ type { tWertePunkt } tWertePunkt = class(tObject) // repräsentiert alle Werte eines Punktes im Gitter und deren Zeitableitungen + private + besitzer: tFelder; + public matWerte: array of array[tMaterieFeldInhalt,boolean] of extended; // Materiefelder (getrennt für verschiedene Teilchenspezies) und deren Zeitableitungen emWerte: array[tEMFeldInhalt,boolean] of extended; @@ -77,11 +82,12 @@ type // A, p[xyz]? und i?Gamma haben keine sinnvolle Ableitung hier! lN,rN: tWertePunkt; - constructor create(linkerNachbar: tWertePunkt; materien: longint); + constructor create(linkerNachbar: tWertePunkt; derBesitzer: tFelder); destructor destroy; override; procedure berechneGammaUndP; procedure berechneNAbleitung(iDX,pDNMax: extended); overload; procedure berechneNAbleitung(iDX,pDNMax: extended; rechts: boolean); overload; + procedure berechneRhoAbleitung; procedure berechneAbleitungen(dX,iDX: extended); procedure liKo(in1,in2: tWertePunkt; fak2: extended); overload; // Werte werden auf (in1 + \sum_i faki * ini') gesetzt procedure liKo(in1,in2,in3: tWertePunkt; fak2,fak3: extended); overload; @@ -152,11 +158,11 @@ type private prot: tProtokollant; zeitverfahren: tZeitverfahren; - pDNMaxDynamisch: boolean; + pDNMaxDynamisch,abbruch: boolean; dX,iDX,pDNMax,dTMaximum,xl,t: extended; kvs: tKnownValues; procedure diffusionsTermAnpassen(pro: tProtokollant); - function pruefeMaxDT(aF: longint; var mDT,dT: extended): boolean; // wurde verkleinert? + function pruefeMaxDT(aF: longint; var mDT,dT: extended; dTMin: extended): boolean; // wurde verkleinert? public aktuelleFelder: longint; @@ -164,7 +170,7 @@ type constructor create(size: longint; deltaT,deltaX,pDNMa: extended; bekannteWerte: tKnownValues; teilchen: array of tTeilchenSpezies; lichter: tMyStringlist; zv: tZeitverfahren; protokollant: tProtokollant; name: string); destructor destroy; override; - procedure iteriereSchritt(var dT: extended); + procedure iteriereSchritt(var dT: extended; dTMin: extended); function dumpErhaltungsgroessen: boolean; procedure berechne(was: char; teilchen: longint); end; @@ -175,7 +181,7 @@ type private prot: tProtokollant; gitter: tGitter; - dT,tEnde,sT,sDT,sDX: extended; + dT,tEnde,sT,sDT,sDX,dTMin: extended; fortschrittsAnzeige: boolean; ausgabeDateien: array of tAusgabeDatei; public @@ -194,7 +200,7 @@ const 'A','AX','AY','AZ','DAXDT','DAYDT','DAZDT','DPHIDX' ); matFeldNamen: array[tMaterieFeldInhalt] of string = ( - 'N','DPSIDX','P','PX','PY','PZ','GAMMA','IGAMMA' + 'N','DPSIDX','RHO','P','PX','PY','PZ','GAMMA','IGAMMA' ); var @@ -458,7 +464,7 @@ end; { tWertePunkt } -constructor tWertePunkt.create(linkerNachbar: tWertePunkt; materien: longint); +constructor tWertePunkt.create(linkerNachbar: tWertePunkt; derBesitzer: tFelder); var emF: tEMFeldInhalt; maF: tMaterieFeldInhalt; @@ -466,15 +472,13 @@ var i: longint; begin inherited create; + besitzer:=derBesitzer; fillchar(matWerte,sizeof(matWerte),#0); - setlength(matWerte,materien); - for i:=0 to length(matWerte)-1 do begin + setlength(matWerte,length(besitzer.spezLadungen)); + for i:=0 to length(matWerte)-1 do for maF:=low(tMaterieFeldInhalt) to high(tMaterieFeldInhalt) do for abl:=false to true do matWerte[i,maF,abl]:=0; - matWerte[i,mfGamma,false]:=0; - matWerte[i,mfIGamma,false]:=0; - end; for emF:=low(tEMFeldInhalt) to high(tEMFeldInhalt) do for abl:=false to true do emWerte[emF,abl]:=0; @@ -499,9 +503,9 @@ var i: longint; begin for i:=0 to length(matWerte)-1 do begin - matWerte[i,mfPX,false]:= emWerte[efAX,false] + matWerte[i,mfDPsiDX,false]; - matWerte[i,mfPY,false]:= emWerte[efAY,false]; - matWerte[i,mfPZ,false]:= emWerte[efAZ,false]; + matWerte[i,mfPX,false]:= besitzer.spezLadungen[i] * emWerte[efAX,false] + matWerte[i,mfDPsiDX,false]; + matWerte[i,mfPY,false]:= besitzer.spezLadungen[i] * emWerte[efAY,false]; + matWerte[i,mfPZ,false]:= besitzer.spezLadungen[i] * emWerte[efAZ,false]; matWerte[i,mfGamma,false]:= sqrt( @@ -535,7 +539,7 @@ begin + lN.matWerte[i,mfN,false] * lN.matWerte[i,mfIGamma,false] * (pDNMax + lN.matWerte[i,mfPX,false]) - matWerte[i,mfN,false] * matWerte[i,mfIGamma,false] * 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. + // und soll die numerische Stabilität bis zu p * d(ln n)/dx von pDNMax gewährleisten. // Es handelt sich um einen Diffusionsterm dn/dt = alpha * Laplace n mit // alpha = pDNMax * dX end; @@ -560,6 +564,16 @@ begin end end; +procedure tWertePunkt.berechneRhoAbleitung; +var + i: longint; +begin + for i:=0 to length(matWerte)-1 do + // dRho/dt = dN/dT * q_spez + matWerte[i,mfRho,true]:= + besitzer.spezLadungen[i]*matWerte[i,mfN,true]; +end; + procedure tWertePunkt.berechneAbleitungen(dX,iDX: extended); // Zeitableitungen berechnen var i: longint; @@ -567,17 +581,17 @@ begin // d2Psi/dxdt = dPhi/dx - dGamma/dx for i:=0 to length(matWerte)-1 do matWerte[i,mfDPsiDX,true]:= - emWerte[efDPhiDX,false] + besitzer.spezLadungen[i] * emWerte[efDPhiDX,false] - (rN.matWerte[i,mfGamma,false] - lN.matWerte[i,mfGamma,false]) * iDX/2; - // d3Phi/dx2dt = dn/dt ... hier muss integriert werden: - // d2Phi/dxdt = d2Phi/dxdt(x- deltax) + <dn/dt> * deltax + // d3Phi/dx2dt = dRho/dt ... hier muss integriert werden: + // d2Phi/dxdt = d2Phi/dxdt(x- deltax) + <dRho/dt> * deltax emWerte[efDPhiDX,true]:= lN.emWerte[efDPhiDX,true]; for i:=0 to length(matWerte)-1 do emWerte[efDPhiDX,true]:= emWerte[efDPhiDX,true] - + (lN.matWerte[i,mfN,true] + matWerte[i,mfN,true])*dX/2; + + (lN.matWerte[i,mfRho,true] + matWerte[i,mfRho,true])*dX/2; // d2A/dt2 = Laplace(A) - Nabla(phi) ... emWerte[efDAXDT,true]:= @@ -587,17 +601,17 @@ begin ( rN.emWerte[efAY,false] - 2*emWerte[efAY,false] + lN.emWerte[efAY,false] )*sqr(iDX); emWerte[efDAZDT,true]:= ( rN.emWerte[efAZ,false] - 2*emWerte[efAZ,false] + lN.emWerte[efAZ,false] )*sqr(iDX); - // ... - n/gamma p + // ... - Rho/gamma p for i:=0 to length(matWerte)-1 do begin emWerte[efDAXDT,true]:= emWerte[efDAXDT,true] - - (matWerte[i,mfN,false] * matWerte[i,mfIGamma,false] * matWerte[i,mfPX,false]); + - (matWerte[i,mfRho,false] * matWerte[i,mfIGamma,false] * matWerte[i,mfPX,false]); emWerte[efDAYDT,true]:= emWerte[efDAYDT,true] - - (matWerte[i,mfN,false] * matWerte[i,mfIGamma,false] * matWerte[i,mfPY,false]); + - (matWerte[i,mfRho,false] * matWerte[i,mfIGamma,false] * matWerte[i,mfPY,false]); emWerte[efDAZDT,true]:= emWerte[efDAZDT,true] - - (matWerte[i,mfN,false] * matWerte[i,mfIGamma,false] * matWerte[i,mfPZ,false]); + - (matWerte[i,mfRho,false] * matWerte[i,mfIGamma,false] * matWerte[i,mfPZ,false]); end; // dA/dt = dA/dt @@ -617,7 +631,6 @@ begin result:=min(result,-matWerte[i,mfN,false]/matWerte[i,mfN,true]); end; - { linearkombinationsspezifische Methoden von tWertePunkt und tFelder } {$INCLUDE linearkombination.inc} @@ -678,12 +691,13 @@ begin spezLadungen[i]:=teilchen[i].spezifischeLadung; fillchar(inhalt,sizeof(inhalt),#0); setlength(inhalt,groesse+4); // zwei Felder links und rechts extra für Randbedingungen - inhalt[0]:=tWertePunkt.create(nil,matAnz); + inhalt[0]:=tWertePunkt.create(nil,self); for i:=1 to length(inhalt)-1 do - inhalt[i]:=tWertePunkt.create(inhalt[i-1],matAnz); + inhalt[i]:=tWertePunkt.create(inhalt[i-1],self); for i:=0 to length(inhalt)-1 do for j:=0 to length(teilchen)-1 do begin inhalt[i].matWerte[j,mfN,false]:=teilchen[j].gibDichte(par.xl+(i-2)*par.dX,parent.kvs); + inhalt[i].matWerte[j,mfRho,false]:=teilchen[j].spezifischeLadung * inhalt[i].matWerte[j,mfN,false]; inhalt[i].matWerte[j,mfDPsiDX,false]:=0; end; for rechts:=false to true do begin @@ -755,6 +769,9 @@ begin inhalt[1].berechneNAbleitung(iDX,pDNMax,false); inhalt[length(inhalt)-2].berechneNAbleitung(iDX,pDNMax,true); + for i:=1 to length(inhalt)-1 do + inhalt[i].berechneRhoAbleitung; + setzeRaender(dT,iDX,iDT); for i:=1 to length(inhalt)-2 do @@ -777,7 +794,8 @@ var i: longint; begin inherited create; - zeitverfahren:=ZV; + abbruch:=false; + zeitverfahren:=zv; kvs:=bekannteWerte; prot:=tProtokollant.create(protokollant,name); dTMaximum:=deltaT; @@ -849,7 +867,7 @@ begin end; end; -function tGitter.pruefeMaxDT(aF: longint; var mDT,dT: extended): boolean; // wurde verkleinert? +function tGitter.pruefeMaxDT(aF: longint; var mDT,dT: extended; dTMin: extended): boolean; // wurde verkleinert? begin mDT:=min(mDT,felders[aF].maxDT); // das maximale dT, welches bei den Momentanen Ableitungen nicht zu @@ -860,17 +878,18 @@ begin dT:=mDT/4; // dann machen wir ihn doch kleiner! {$IFDEF Zeitschrittueberwachung} prot.schreibe('pruefeMaxDT: dT -> '+floattostr(dT)); - if dT<1E-30 then begin - prot.schreibe('pruefeMaxDT: Zeitschritt geht gegen Null (ist bereits '+floattostr(dT)+' < 10^-30) - irgendwas scheint grundsätzlich kaputt zu sein!',true); - prot.destroyall; - halt(1); + if dT<dTMin then begin + prot.schreibe('pruefeMaxDT: Zeitschritt geht gegen Null (ist bereits '+floattostr(dT)+' < '+floattostr(dTMin)+') - irgendwas scheint grundsätzlich kaputt zu sein!',true); + abbruch:=true; +// prot.destroyall; +// halt(1); end; {$ENDIF} exit; end; end; -procedure tGitter.iteriereSchritt(var dT: extended); +procedure tGitter.iteriereSchritt(var dT: extended; dTMin: extended); var i: longint; {$IFDEF Zeitschrittueberwachung} j: longint; @@ -880,6 +899,10 @@ var i: longint; {$ENDIF} iDT,mDT: extended; begin + if abbruch then begin + t:=t+dT; + exit; + end; kvs.add('t',t); diffusionsTermAnpassen(prot); @@ -889,7 +912,7 @@ begin iDT:=1/dT; felders[aktuelleFelder].berechneAbleitungen(dT,dX,iDT,iDX,pDNMax); // y' = y'(t,y(t)) - if pruefeMaxDT(aktuelleFelder,mDT,dT) then + if pruefeMaxDT(aktuelleFelder,mDT,dT,dTMin) then continue; case zeitverfahren of @@ -900,19 +923,19 @@ begin felders[2].liKo(felders[aktuelleFelder],felders[aktuelleFelder],dT/3); // ya = y(t) + y' dt/3 felders[2].berechneAbleitungen(dT/3,dX,iDT,iDX,pDNMax); // ya' = y'(t+dt/3,ya) - if pruefeMaxDT(2,mDT,dT) then + if pruefeMaxDT(2,mDT,dT,dTMin) then continue; felders[3].liKo(felders[aktuelleFelder],felders[aktuelleFelder],felders[2],-dT/3,dT); // yb = y(t) - y' dt/3 + ya' dt felders[3].berechneAbleitungen(dT/3,dX,iDT,iDX,pDNMax); // yb' = y'(t+2dt/3,yb) - if pruefeMaxDT(3,mDT,dT) then + if pruefeMaxDT(3,mDT,dT,dTMin) then continue; felders[4].liKo(felders[aktuelleFelder],felders[aktuelleFelder],felders[2],felders[3],dT,-dT,dT); // yc = y(t) + a' dt - ya' dt + yb' dt felders[4].berechneAbleitungen(dT/3,dX,iDT,iDX,pDNMax); // yc' = y'(t+dt,yc) - if pruefeMaxDT(4,mDT,dT) then + if pruefeMaxDT(4,mDT,dT,dTMin) then continue; felders[1-aktuelleFelder].liKo( @@ -932,19 +955,19 @@ begin felders[2].liKo(felders[aktuelleFelder],felders[aktuelleFelder],dT/2); // ya = y(t) + y' dt/2 felders[2].berechneAbleitungen(dT/2,dX,iDT,iDX,pDNMax); // ya' = y'(t+dt/2,ya) - if pruefeMaxDT(2,mDT,dT) then + if pruefeMaxDT(2,mDT,dT,dTMin) then continue; felders[3].liKo(felders[aktuelleFelder],felders[2],dT/2); // yb = y(t) + ya' dt/2 felders[3].berechneAbleitungen(dT/2,dX,iDT,iDX,pDNMax); // yb' = y'(t+dt/2,yb) - if pruefeMaxDT(3,mDT,dT) then + if pruefeMaxDT(3,mDT,dT,dTMin) then continue; felders[4].liKo(felders[aktuelleFelder],felders[3],dT); // yc = y(t) + yb' dt felders[4].berechneAbleitungen(dT/2,dX,iDT,iDX,pDNMax); // yc' = y'(t+dt,yc) - if pruefeMaxDT(4,mDT,dT) then + if pruefeMaxDT(4,mDT,dT,dTMin) then continue; felders[1-aktuelleFelder].liKo( @@ -961,589 +984,9 @@ begin end; zfRungeKuttaZehn: begin // Quelle: http://sce.uhcl.edu/rungekutta/rk108.txt {$INCLUDE rk108.inc} -(* felders[2].liKo(felders[aktuelleFelder],felders[aktuelleFelder],dT*0.1); - felders[2].berechneAbleitungen(dT/2,dX,iDT,iDX,pDNMax); - - if pruefeMaxDT(2,mDT,dT) then - continue; - - felders[3].liKo(felders[aktuelleFelder],felders[aktuelleFelder],felders[2], - -0.915176561375291440520015019275342154318951387664369720564660 * dT, - 1.45453440217827322805250021715664459117622483736537873607016 * dT); - felders[3].berechneAbleitungen(dT/2,dX,iDT,iDX,pDNMax); - - if pruefeMaxDT(3,mDT,dT) then - continue; - - felders[4].liKo(felders[aktuelleFelder],felders[aktuelleFelder],felders[3], - 0.202259190301118170324681949205488413821477543637878380814562 * dT, - 0.606777570903354510974045847616465241464432630913635142443687 * dT); - felders[4].berechneAbleitungen(dT/2,dX,iDT,iDX,pDNMax); - - if pruefeMaxDT(4,mDT,dT) then - continue; - - felders[5].liKo(felders[aktuelleFelder],felders[aktuelleFelder],felders[3],felders[4], - 0.184024714708643575149100693471120664216774047979591417844635 * dT, - 0.197966831227192369068141770510388793370637287463360401555746 * dT, - -0.0729547847313632629185146671595558023015011608914382961421311* dT); - felders[5].berechneAbleitungen(dT/2,dX,iDT,iDX,pDNMax); - - if pruefeMaxDT(5,mDT,dT) then - continue; - - felders[6].liKo(felders[aktuelleFelder],felders[aktuelleFelder],felders[4],felders[5], - 0.0879007340206681337319777094132125475918886824944548534041378* dT, - 0.410459702520260645318174895920453426088035325902848695210406 * dT, - 0.482713753678866489204726942976896106809132737721421333413261 * dT); - felders[6].berechneAbleitungen(dT/2,dX,iDT,iDX,pDNMax); - - if pruefeMaxDT(6,mDT,dT) then - continue; - - felders[7].liKo(felders[aktuelleFelder],felders[aktuelleFelder],felders[4],felders[5],felders[6], - 0.0859700504902460302188480225945808401411132615636600222593880* dT, - 0.330885963040722183948884057658753173648240154838402033448632 * dT, - 0.489662957309450192844507011135898201178015478433790097210790 * dT, - -0.0731856375070850736789057580558988816340355615025188195854775* dT); - felders[7].berechneAbleitungen(dT/2,dX,iDT,iDX,pDNMax); - - if pruefeMaxDT(7,mDT,dT) then - continue; - - felders[8].liKo(felders[aktuelleFelder],felders[aktuelleFelder],felders[5],felders[6],felders[7], - 0.120930449125333720660378854927668953958938996999703678812621 * dT, - 0.260124675758295622809007617838335174368108756484693361887839 * dT, - 0.0325402621549091330158899334391231259332716675992700000776101* dT, - -0.0595780211817361001560122202563305121444953672762930724538856* dT); - felders[8].berechneAbleitungen(dT/2,dX,iDT,iDX,pDNMax); - - if pruefeMaxDT(8,mDT,dT) then - continue; - - felders[9].liKo(felders[aktuelleFelder],felders[aktuelleFelder],felders[6],felders[7],felders[8], - 0.110854379580391483508936171010218441909425780168656559807038 * dT, - -0.0605761488255005587620924953655516875526344415354339234619466* dT, - 0.321763705601778390100898799049878904081404368603077129251110 * dT, - 0.510485725608063031577759012285123416744672137031752354067590 * dT); - felders[9].berechneAbleitungen(dT/2,dX,iDT,iDX,pDNMax); - - if pruefeMaxDT(9,mDT,dT) then - continue; - - felders[10].liKo(felders[aktuelleFelder],felders[aktuelleFelder],felders[6],felders[7],felders[8],felders[9], - 0.112054414752879004829715002761802363003717611158172229329393 * dT, - -0.144942775902865915672349828340980777181668499748506838876185 * dT, - -0.333269719096256706589705211415746871709467423992115497968724 * dT, - 0.499269229556880061353316843969978567860276816592673201240332 * dT, - 0.509504608929686104236098690045386253986643232352989602185060 * dT); 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