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|
unit Physikunit;
{$mode objfpc}{$H+}
{$IFNDEF UNIX}
{$ERROR This program can be compiled only on/for Unix/Linux based systems.}
{$ENDIF}
{$DEFINE Zeitschrittueberwachung}
{$DEFINE Dichteueberwachung}
{ $DEFINE negativeDichteueberwachung}
interface
uses
Classes, SysUtils, Math, protokollunit, matheunit, mystringlistunit, lowlevelunit, baseUnix;
type
tZeitverfahren = (zfEulerVorwaerts,zfRungeKuttaDreiAchtel,zfRungeKuttaVier,zfRungeKuttaZehn,zfRungeKuttaZwoelf,zfRungeKuttaVierzehn);
tVerteilungsfunktion = function(x: extended): extended;
tEMFeldInhalt = (
efA,efAX,efAY,efAZ,
efDAXDT,efDAYDT,efDAZDT,
efDPhiDX
);
tMaterieFeldInhalt = (
mfN,mfDPsiDX, // Teilchendichte, Geschwindigkeitsdichte
mfP,mfPX,mfPY,mfPZ, // Impuls
mfGamma,mfIGamma // rel. Gamma-Faktor
);
const
erstesEMFMitAbleitung = efAX;
letztesEMFMitAbleitung = efDAZDT;
erstesMatFMitAbleitung = mfN;
letztesMatFMitAbleitung = mfDPsiDX;
type
tGitter = class;
tFelder = class;
tSimulation = class;
{ tAusgabeDatei }
tAusgabeDatei = class
private
ableitung: boolean;
emInhalt: tEMFeldInhalt;
matInhalt: tMaterieFeldInhalt;
teilchen,nNum,tCnt: longint; // wenn teilchen < 0, dann EM-Feld
pre,suf: string;
datei: file;
pro: tProtokollant;
buf: pointer;
bufLen,bufPos: longint;
procedure schreibeBuffer(minBufLen: longint);
public
zeitAnz: longint;
sDT: extended;
constructor create(feldName,prefix,suffix: string; prot: tProtokollant; nam: string);
destructor destroy; override;
function dump: string;
procedure schreibeKopf;
procedure speichereWerte(gitter: tGitter; sT, sDX: extended);
end;
{ tTeilchenSpezies }
tTeilchenSpezies = class
private
ortsGrenzen: array of extended;
dichteStuecke: array of string;
public
nMin,nMax, // minimale und maximale Massendichte in nc
spezifischeLadung: extended; // q/m in e/me
constructor create;
destructor destroy; override;
procedure dump(prot: tProtokollant; prefix: string);
function gibDichte(x: extended; kvs: tKnownValues): extended; // Massendichte
procedure liesDichteFunktion(rest: string; ifile: tMyStringList; kvs: tKnownValues; teilchen: array of tTeilchenSpezies; prot: tProtokollant);
end;
{ 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;
// EM-Felder und deren Zeitableitungen
// A, dPhiDX, p[xyz]? und i?Gamma haben keine sinnvolle Ableitung hier!
lN,rN: tWertePunkt;
constructor create(linkerNachbar: tWertePunkt; derBesitzer: tFelder);
destructor destroy; override;
procedure berechneGammaUndP;
procedure berechneDPhiDX(dX: extended);
procedure berechneNAbleitung(iDX,pDNMax: extended); overload;
procedure berechneNAbleitung(iDX,pDNMax: extended; rechts: boolean); overload;
procedure berechneAbleitungen(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;
procedure liKo(in1,in2,in3,in4: tWertePunkt; fak2,fak3,fak4: extended); overload;
procedure liKo(in1,in2,in3,in4,in5: tWertePunkt; fak2,fak3,fak4,fak5: extended); overload;
procedure liKo(in1,in2,in3,in4,in5,in6: tWertePunkt; fak2,fak3,fak4,fak5,fak6: extended); overload;
procedure liKo(in1,in2,in3,in4,in5,in6,in7: tWertePunkt; fak2,fak3,fak4,fak5,fak6,fak7: extended); overload;
procedure liKo(in1,in2,in3,in4,in5,in6,in7,in8: tWertePunkt; fak2,fak3,fak4,fak5,fak6,fak7,fak8: extended); overload;
procedure liKo(in1,in2,in3,in4,in5,in6,in7,in8,in9: tWertePunkt; fak2,fak3,fak4,fak5,fak6,fak7,fak8,fak9: extended); overload;
procedure liKo(in1,in2,in3,in4,in5,in6,in7,in8,in9,in10: tWertePunkt; fak2,fak3,fak4,fak5,fak6,fak7,fak8,fak9,fak10: extended); overload;
procedure liKo(in1,in2,in3,in4,in5,in6,in7,in8,in9,in10,in11: tWertePunkt; fak2,fak3,fak4,fak5,fak6,fak7,fak8,fak9,fak10,fak11: extended); overload;
procedure liKo(in1,in2,in3,in4,in5,in6,in7,in8,in9,in10,in11,in12: tWertePunkt; fak2,fak3,fak4,fak5,fak6,fak7,fak8,fak9,fak10,fak11,fak12: extended); overload;
procedure liKo(in1,in2,in3,in4,in5,in6,in7,in8,in9,in10,in11,in12,in13,in14: tWertePunkt; fak2,fak3,fak4,fak5,fak6,fak7,fak8,fak9,fak10,fak11,fak12,fak13,fak14: extended); overload;
procedure liKo(in1,in2,in3,in4,in5,in6,in7,in8,in9,in10,in11,in12,in13,in14,in15: tWertePunkt; fak2,fak3,fak4,fak5,fak6,fak7,fak8,fak9,fak10,fak11,fak12,fak13,fak14,fak15: extended); overload;
procedure liKo(in1,in2,in3,in4,in5,in6,in7,in8,in9,in10,in11,in12,in13,in14,in15,in16: tWertePunkt; fak2,fak3,fak4,fak5,fak6,fak7,fak8,fak9,fak10,fak11,fak12,fak13,fak14,fak15,fak16: extended); overload;
procedure liKo(in1,in2,in3,in4,in5,in6,in7,in8,in9,in10,in11,in12,in13,in14,in15,in16,in17: tWertePunkt; fak2,fak3,fak4,fak5,fak6,fak7,fak8,fak9,fak10,fak11,fak12,fak13,fak14,fak15,fak16,fak17: extended); overload;
procedure liKo(in1,in2,in3,in4,in5,in6,in7,in8,in9,in10,in11,in12,in13,in14,in15,in16,in17,in18: tWertePunkt; fak2,fak3,fak4,fak5,fak6,fak7,fak8,fak9,fak10,fak11,fak12,fak13,fak14,fak15,fak16,fak17,fak18: extended); overload;
procedure liKo(in1,in2,in3,in4,in5,in6,in7,in8,in9,in10,in11,in12,in13,in14,in15,in16,in17,in18,in19: tWertePunkt; fak2,fak3,fak4,fak5,fak6,fak7,fak8,fak9,fak10,fak11,fak12,fak13,fak14,fak15,fak16,fak17,fak18,fak19: extended); overload;
procedure liKo(in1,in2,in3,in4,in5,in6,in7,in8,in9,in10,in11,in12,in13,in14,in15,in16,in17,in18,in19,in20,in21,in22: tWertePunkt; fak2,fak3,fak4,fak5,fak6,fak7,fak8,fak9,fak10,fak11,fak12,fak13,fak14,fak15,fak16,fak17,fak18,fak19,fak20,fak21,fak22: extended); overload;
procedure liKo(in1,in2,in3,in4,in5,in6,in7,in8,in9,in10,in11,in12,in13,in14,in15,in16,in17,in18,in19,in20,in21,in22,in23: tWertePunkt; fak2,fak3,fak4,fak5,fak6,fak7,fak8,fak9,fak10,fak11,fak12,fak13,fak14,fak15,fak16,fak17,fak18,fak19,fak20,fak21,fak22,fak23: extended); overload;
procedure liKo(in1,in2,in3,in4,in5,in6,in7,in8,in9,in10,in11,in12,in13,in14,in15,in16,in17,in18,in19,in20,in21,in22,in23,in24,in25,in26,in27,in28,in29,in30,in31: tWertePunkt; fak2,fak3,fak4,fak5,fak6,fak7,fak8,fak9,fak10,fak11,fak12,fak13,fak14,fak15,fak16,fak17,fak18,fak19,fak20,fak21,fak22,fak23,fak24,fak25,fak26,fak27,fak28,fak29,fak30,fak31: extended); overload;
procedure liKo(in1,in2,in3,in4,in5,in6,in7,in8,in9,in10,in11,in12,in13,in14,in15,in16,in17,in18,in19,in20,in21,in22,in23,in24,in25,in26,in27,in28,in29,in30,in31,in32: tWertePunkt; fak2,fak3,fak4,fak5,fak6,fak7,fak8,fak9,fak10,fak11,fak12,fak13,fak14,fak15,fak16,fak17,fak18,fak19,fak20,fak21,fak22,fak23,fak24,fak25,fak26,fak27,fak28,fak29,fak30,fak31,fak32: extended); overload;
function maxDT: extended;
function dump(mitNachbarn: boolean): string;
procedure nichtnegativieren;
end;
{ TFelder }
tFelder = class(tObject) // repräsentiert eine Simulationsbox von Feldern inklusive deren Ableitungen
private
matAnz: longint;
spezLadungen,
massen: tExtendedArray;
lichters: array[boolean] of tMyStringlist;
procedure setzeRaender(iDX: extended);
public
inhalt: array of tWertePunkt;
par: tGitter;
constructor create(groesse: longint; teilchen: array of tTeilchenSpezies; lichter: tMyStringList; parent: tGitter);
destructor destroy; override;
procedure berechneAbleitungen(dX,iDX,pDNMax: extended);
procedure liKo(in1,in2: tFelder; fak2: extended); overload; // Werte werden auf (in1 + \sum_i faki * ini') gesetzt
procedure liKo(in1,in2,in3: tFelder; fak2,fak3: extended); overload;
procedure liKo(in1,in2,in3,in4: tFelder; fak2,fak3,fak4: extended); overload;
procedure liKo(in1,in2,in3,in4,in5: tFelder; fak2,fak3,fak4,fak5: extended); overload;
procedure liKo(in1,in2,in3,in4,in5,in6: tFelder; fak2,fak3,fak4,fak5,fak6: extended); overload;
procedure liKo(in1,in2,in3,in4,in5,in6,in7: tFelder; fak2,fak3,fak4,fak5,fak6,fak7: extended); overload;
procedure liKo(in1,in2,in3,in4,in5,in6,in7,in8: tFelder; fak2,fak3,fak4,fak5,fak6,fak7,fak8: extended); overload;
procedure liKo(in1,in2,in3,in4,in5,in6,in7,in8,in9: tFelder; fak2,fak3,fak4,fak5,fak6,fak7,fak8,fak9: extended); overload;
procedure liKo(in1,in2,in3,in4,in5,in6,in7,in8,in9,in10: tFelder; fak2,fak3,fak4,fak5,fak6,fak7,fak8,fak9,fak10: extended); overload;
procedure liKo(in1,in2,in3,in4,in5,in6,in7,in8,in9,in10,in11: tFelder; fak2,fak3,fak4,fak5,fak6,fak7,fak8,fak9,fak10,fak11: extended); overload;
procedure liKo(in1,in2,in3,in4,in5,in6,in7,in8,in9,in10,in11,in12: tFelder; fak2,fak3,fak4,fak5,fak6,fak7,fak8,fak9,fak10,fak11,fak12: extended); overload;
procedure liKo(in1,in2,in3,in4,in5,in6,in7,in8,in9,in10,in11,in12,in13,in14: tFelder; fak2,fak3,fak4,fak5,fak6,fak7,fak8,fak9,fak10,fak11,fak12,fak13,fak14: extended); overload;
procedure liKo(in1,in2,in3,in4,in5,in6,in7,in8,in9,in10,in11,in12,in13,in14,in15: tFelder; fak2,fak3,fak4,fak5,fak6,fak7,fak8,fak9,fak10,fak11,fak12,fak13,fak14,fak15: extended); overload;
procedure liKo(in1,in2,in3,in4,in5,in6,in7,in8,in9,in10,in11,in12,in13,in14,in15,in16: tFelder; fak2,fak3,fak4,fak5,fak6,fak7,fak8,fak9,fak10,fak11,fak12,fak13,fak14,fak15,fak16: extended); overload;
procedure liKo(in1,in2,in3,in4,in5,in6,in7,in8,in9,in10,in11,in12,in13,in14,in15,in16,in17: tFelder; fak2,fak3,fak4,fak5,fak6,fak7,fak8,fak9,fak10,fak11,fak12,fak13,fak14,fak15,fak16,fak17: extended); overload;
procedure liKo(in1,in2,in3,in4,in5,in6,in7,in8,in9,in10,in11,in12,in13,in14,in15,in16,in17,in18: tFelder; fak2,fak3,fak4,fak5,fak6,fak7,fak8,fak9,fak10,fak11,fak12,fak13,fak14,fak15,fak16,fak17,fak18: extended); overload;
procedure liKo(in1,in2,in3,in4,in5,in6,in7,in8,in9,in10,in11,in12,in13,in14,in15,in16,in17,in18,in19: tFelder; fak2,fak3,fak4,fak5,fak6,fak7,fak8,fak9,fak10,fak11,fak12,fak13,fak14,fak15,fak16,fak17,fak18,fak19: extended); overload;
procedure liKo(in1,in2,in3,in4,in5,in6,in7,in8,in9,in10,in11,in12,in13,in14,in15,in16,in17,in18,in19,in20,in21,in22: tFelder; fak2,fak3,fak4,fak5,fak6,fak7,fak8,fak9,fak10,fak11,fak12,fak13,fak14,fak15,fak16,fak17,fak18,fak19,fak20,fak21,fak22: extended); overload;
procedure liKo(in1,in2,in3,in4,in5,in6,in7,in8,in9,in10,in11,in12,in13,in14,in15,in16,in17,in18,in19,in20,in21,in22,in23: tFelder; fak2,fak3,fak4,fak5,fak6,fak7,fak8,fak9,fak10,fak11,fak12,fak13,fak14,fak15,fak16,fak17,fak18,fak19,fak20,fak21,fak22,fak23: extended); overload;
procedure liKo(in1,in2,in3,in4,in5,in6,in7,in8,in9,in10,in11,in12,in13,in14,in15,in16,in17,in18,in19,in20,in21,in22,in23,in24,in25,in26,in27,in28,in29,in30,in31: tFelder; fak2,fak3,fak4,fak5,fak6,fak7,fak8,fak9,fak10,fak11,fak12,fak13,fak14,fak15,fak16,fak17,fak18,fak19,fak20,fak21,fak22,fak23,fak24,fak25,fak26,fak27,fak28,fak29,fak30,fak31: extended); overload;
procedure liKo(in1,in2,in3,in4,in5,in6,in7,in8,in9,in10,in11,in12,in13,in14,in15,in16,in17,in18,in19,in20,in21,in22,in23,in24,in25,in26,in27,in28,in29,in30,in31,in32: tFelder; fak2,fak3,fak4,fak5,fak6,fak7,fak8,fak9,fak10,fak11,fak12,fak13,fak14,fak15,fak16,fak17,fak18,fak19,fak20,fak21,fak22,fak23,fak24,fak25,fak26,fak27,fak28,fak29,fak30,fak31,fak32: extended); overload;
function maxDT: extended;
end;
{ tGitter }
tGitter = class(tObject)
private
besitzer: tSimulation;
prot: tProtokollant;
zeitverfahren: tZeitverfahren;
pDNMaxDynamisch,abbruch: boolean;
dX,iDX,pDNMax,dTMaximum,xl,t: extended;
kvs: tKnownValues;
procedure diffusionsTermAnpassen(pro: tProtokollant);
function pruefeMaxDT(aF: longint; var dTMax,dT: extended; dTMin: extended): boolean; // wurde verkleinert?
procedure abbrechen;
public
aktuelleFelder: longint;
felders: array of tFelder; // mehrere komplette Simulationsboxen von Feldern, benötigt um Zwischenschritte für die Zeitentwicklung zu speichern
constructor create(derBesitzer: tSimulation; 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; dTMin: extended);
function dumpErhaltungsgroessen: boolean;
procedure berechne(was: char; teilchen: longint);
end;
{ tSimulation }
tSimulation = class(tObject)
private
prot: tProtokollant;
gitter: tGitter;
dT,tEnde,sT,sDT,sDX,dTMin: extended;
fortschrittsAnzeige: boolean;
ausgabeDateien: array of tAusgabeDatei;
public
gotSighup: boolean;
constructor create(inName: string; protokollant: tProtokollant; name: string);
destructor destroy; override;
function iteriereSchritt(start: extended; var zeitPhysik,zeitDatei: extended): boolean; // noch nicht zu Ende?
end;
procedure SignalCapture(signal : longint); cdecl;
implementation
const
emFeldNamen: array[tEMFeldInhalt] of string = (
'A','AX','AY','AZ','DAXDT','DAYDT','DAZDT','DPHIDX'
);
matFeldNamen: array[tMaterieFeldInhalt] of string = (
'N','DPSIDX','P','PX','PY','PZ','GAMMA','IGAMMA'
);
minAusgabeBuffer = 1024*1024;
var
sighupSimulationen: array of tSimulation;
{ tAusgabeDatei }
constructor tAusgabeDatei.create(feldName,prefix,suffix: string; prot: tProtokollant; nam: string);
var
emF: tEMFeldInhalt;
maF: tMaterieFeldInhalt;
num: longint;
abl,gef: boolean;
begin
inherited create;
pro:=tProtokollant.create(prot,nam);
num:=length(feldName);
while (num>0) and (feldName[num] in ['0'..'9']) do
dec(num);
inc(num);
if num<=length(feldName) then begin
teilchen:=strtoint(copy(feldName,num,length(feldName)))-1;
delete(feldName,num,length(feldName));
end
else
teilchen:=0;
emInhalt:=efA;
matInhalt:=mfN;
feldName:=ansiUpperCase(feldName);
nNum:=0; // Header 0 wurde also noch nicht geschrieben
zeitAnz:=-1;
tCnt:=-1;
gef:=false;
for abl:=false to true do begin
if not gef then
for emF:=low(tEMFeldInhalt) to high(tEMFeldInhalt) do
if copy('D',1,byte(abl))+emFeldNamen[emF] = feldName then begin
emInhalt:=emF;
teilchen:=-1;
gef:=true;
break;
end;
if not gef then
for maF:=low(tMaterieFeldInhalt) to high(tMaterieFeldInhalt) do
if copy('D',1,byte(abl))+matFeldNamen[maF] = feldName then begin
matInhalt:=maF;
gef:=true;
break;
end;
end;
if not gef then begin
pro.schreibe('tAusgabeDatei.create kennt Feld '''+feldName+''' nicht!',true);
pro.destroyAll;
halt(1);
end;
if teilchen>=0 then
pre:=matFeldNamen[maF]+inttostr(teilchen+1)
else
pre:=emFeldNamen[emF];
if ableitung then
pre:='d'+pre;
bufLen:=0;
buf:=nil;
bufPos:=0;
pre:=prefix+pre;
suf:=suffix;
end;
destructor tAusgabeDatei.destroy;
begin
if bufPos<>0 then
schreibeBuffer(0);
freeMem(buf,bufLen);
if (tCnt<>zeitAnz) and ((nNum<>0) or (tCnt<>-1)) then begin
pro.schreibe('Falsche Anzahl an Zeitschritten in '+pre+'-'+inttostr(nNum-1)+suf+' geschrieben ('+inttostr(tCnt)+' statt '+inttostr(zeitAnz)+')!',true);
pro.destroyall;
halt(1);
end;
inherited destroy;
end;
procedure tAusgabeDatei.schreibeBuffer(minBufLen: longint);
begin
if buf=nil then begin
bufLen:=max(minAusgabeBuffer,minBufLen);
getmem(buf,bufLen);
end
else begin
reset(datei,1);
seek(datei,fileSize(datei));
blockWrite(datei,buf^,bufPos);
end;
bufPos:=0;
end;
function tAusgabeDatei.dump: string;
begin
if teilchen<0 then
result:=emFeldNamen[emInhalt]
else
result:=matFeldNamen[matInhalt]+inttostr(teilchen);
if ableitung then
result:=result+'''';
result:=result+' -> '+pre+'-$i'+suf;
end;
procedure tAusgabeDatei.schreibeKopf;
begin
if (tCnt<>zeitAnz) and ((nNum<>0) or (tCnt<>-1)) then begin
pro.schreibe('Falsche Anzahl an Zeitschritten in '+pre+'-'+inttostr(nNum-1)+suf+' geschrieben ('+inttostr(tCnt)+' statt '+inttostr(zeitAnz)+')!',true);
pro.destroyall;
halt(1);
end;
if bufPos<>0 then
schreibeBuffer(0);
tCnt:=0;
assignfile(datei,pre+'-'+inttostr(nNum)+suf);
inc(nNum);
rewrite(datei,1);
blockwrite(datei,nNum,sizeof(integer));
blockwrite(datei,zeitAnz,sizeof(integer));
closefile(datei);
end;
procedure tAusgabeDatei.speichereWerte(gitter: tGitter; sT, sDX: extended);
var i,cnt: longint;
sX,cX: extended;
begin
if (teilchen>=gitter.felders[gitter.aktuelleFelder].matAnz) then begin
pro.schreibe('Teilchen '+inttostr(teilchen+1)+' gibt es nicht, da kann ich auch nichts speichern!',true);
pro.destroyall;
halt(1);
end;
if (teilchen<0) and (emInhalt=efA) then
gitter.berechne('A',teilchen);
if (teilchen>=0) and (matInhalt=mfP) then
gitter.berechne('P',teilchen);
if sT>=nNum+sDT/2 then
schreibeKopf;
cnt:=floor((length(gitter.felders[gitter.aktuelleFelder].inhalt)-1)/sDX*gitter.dX+1);
cX:=gitter.xl;
sX:=cX+(cnt-1)*sDX;
inc(tCnt);
if bufLen-bufPos < sizeof(integer) + (2+cnt)*sizeof(extended) then
schreibeBuffer(sizeof(integer) + (2+cnt)*sizeof(extended));
if bufLen-bufPos < sizeof(integer) + (2+cnt)*sizeof(extended) then begin
pro.schreibe('Schreibbuffer ist zu klein ('+inttostr(bufLen)+' statt mindestens '+inttostr(sizeof(integer) + (2+cnt)*sizeof(extended))+' Bytes)!');
pro.destroyall;
halt(1);
end;
move(cX,(buf+bufPos)^,sizeof(extended));
inc(bufPos,sizeof(extended));
move(sX,(buf+bufPos)^,sizeof(extended));
inc(bufPos,sizeof(extended));
move(cnt,(buf+bufPos)^,sizeof(integer));
inc(bufPos,sizeof(integer));
sX:=cX-Min(gitter.dX,sDX)/2;
if teilchen<0 then begin
for i:=0 to length(gitter.felders[gitter.aktuelleFelder].inhalt)-1 do begin
while cX>=sX do begin
dec(cnt);
move(gitter.felders[gitter.aktuelleFelder].inhalt[i].emWerte[emInhalt,ableitung],(buf+bufPos)^,sizeof(extended));
inc(bufPos,sizeof(extended));
sX:=sX+sDX;
end;
cX:=cX+gitter.dX;
end;
end
else begin
for i:=0 to length(gitter.felders[gitter.aktuelleFelder].inhalt)-1 do begin
while cX>=sX do begin
dec(cnt);
move(gitter.felders[gitter.aktuelleFelder].inhalt[i].matWerte[teilchen,matInhalt,ableitung],(buf+bufPos)^,sizeof(extended));
inc(bufPos,sizeof(extended));
sX:=sX+sDX;
end;
cX:=cX+gitter.dX;
end;
end;
if cnt<>0 then begin
pro.schreibe('Falsche Anzahl an Ortsschritten geschrieben ('+inttostr(cnt)+')!',true);
pro.destroyall;
halt(1);
end;
end;
{ tTeilchenSpezies }
constructor tTeilchenSpezies.create;
begin
inherited create;
fillchar(ortsGrenzen,sizeof(ortsGrenzen),#0);
setlength(ortsGrenzen,0);
fillchar(dichteStuecke,sizeof(dichteStuecke),#0);
setlength(dichteStuecke,0);
nMin:=1E-3;
nMax:=nMin;
spezifischeLadung:=0;
end;
destructor tTeilchenSpezies.destroy;
begin
setlength(ortsGrenzen,0);
setlength(dichteStuecke,0);
inherited destroy;
end;
procedure tTeilchenSpezies.dump(prot: tProtokollant; prefix: string);
var
i: longint;
begin
prot.schreibe(prefix+'nMax = '+floattostr(nMax)+' * nc');
prot.schreibe(prefix+'q/m = '+floattostr(-spezifischeLadung)+' e/me');
prot.schreibe(prefix+'n(x):');
for i:=0 to length(dichteStuecke)-1 do begin
prot.schreibe(prefix+' '+dichteStuecke[i]);
if i<length(ortsGrenzen) then
prot.schreibe(prefix+' '+floattostr(ortsGrenzen[i]));
end;
end;
function tTeilchenSpezies.gibDichte(x: extended; kvs: tKnownValues): extended;
var
i: longint;
begin
i:=0;
while (i<length(ortsGrenzen)) and (ortsGrenzen[i]<x) do
inc(i);
kvs.add('x',x);
result:=(nMax-nMin)*exprToFloat(false,dichteStuecke[i],kvs,nil)+nMin;
kvs.rem('x');
end;
procedure tTeilchenSpezies.liesDichteFunktion(rest: string; ifile: tMyStringList; kvs: tKnownValues; teilchen: array of tTeilchenSpezies; prot: tProtokollant);
var
s: string;
ori,i: longint;
begin
if rest='stückweise' then begin
setlength(ortsGrenzen,0);
setlength(dichteStuecke,0);
repeat
if not ifile.readln(s) then begin
prot.schreibe('Unerwartetes Dateiende in Parameterdatei im Bereich teilchen -> verteilung stückweise!',true);
prot.destroyall;
halt(1);
end;
if length(dichteStuecke)=length(ortsGrenzen) then begin // neues Funktionsstück wird definiert
setlength(dichteStuecke,length(dichteStuecke)+1);
dichteStuecke[length(dichteStuecke)-1]:=s;
continue;
end;
// kein neues Funktionsstück =>
if s='stückweiseEnde' then break; // Ende oder
// neue Ortsgrenze
setlength(ortsGrenzen,length(ortsGrenzen)+1);
ortsGrenzen[length(ortsGrenzen)-1]:=exprToFloat(false,s,kvs,nil);
until false;
end
else if startetMit('wie teilchen',rest) then begin
ori:=strtoint(rest)-1;
if (ori<0) or (ori>=length(teilchen)-1) then begin
prot.schreibe('Kann mich nicht auf die Dichte von Teilchen '+inttostr(ori+1)+' beziehen, weil es noch nicht definiert wurde!',true);
prot.destroyall;
halt(1);
end;
setlength(ortsGrenzen,length(teilchen[ori].ortsGrenzen));
for i:=0 to length(ortsGrenzen)-1 do
ortsGrenzen[i]:=teilchen[ori].ortsGrenzen[i];
setlength(dichteStuecke,length(teilchen[ori].dichteStuecke));
for i:=0 to length(dichteStuecke)-1 do
dichteStuecke[i]:=teilchen[ori].dichteStuecke[i];
end
else begin
setlength(ortsGrenzen,0);
setlength(dichteStuecke,1);
dichteStuecke[0]:=rest;
end;
end;
{ tWertePunkt }
constructor tWertePunkt.create(linkerNachbar: tWertePunkt; derBesitzer: tFelder);
var
emF: tEMFeldInhalt;
maF: tMaterieFeldInhalt;
abl: boolean;
i: longint;
begin
inherited create;
besitzer:=derBesitzer;
fillchar(matWerte,sizeof(matWerte),#0);
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;
for emF:=low(tEMFeldInhalt) to high(tEMFeldInhalt) do
for abl:=false to true do
emWerte[emF,abl]:=0;
lN:=linkerNachbar;
rN:=nil;
if assigned(lN) then
lN.rN:=self;
end;
destructor tWertePunkt.destroy;
begin
setlength(matWerte,0);
if assigned(lN) then
lN.rN:=nil;
if assigned(rN) then
rN.lN:=nil;
inherited destroy;
end;
procedure tWertePunkt.berechneGammaUndP; // aus aktuellem dPsi/dX und A
var
i: longint;
begin
for i:=0 to length(matWerte)-1 do begin
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(
1 +
sqr(matWerte[i,mfPX,false]) +
sqr(matWerte[i,mfPY,false]) +
sqr(matWerte[i,mfPZ,false])
);
matWerte[i,mfIGamma,false]:=
1/matWerte[i,mfGamma,false];
end;
end;
procedure tWertePunkt.berechneDPhiDX(dX: extended);
var
i: longint;
begin
// d2Phi/dx2 = rho ... hier muss integriert werden:
// dPhi/dx = dPhi/dx(x- deltax) + <rho> * deltax
if assigned(lN) then begin
emWerte[efDPhiDX,false]:=lN.emWerte[efDPhiDX,false];
for i:=0 to length(matWerte)-1 do
emWerte[efDPhiDX,false]:=
emWerte[efDPhiDX,false]
+ besitzer.spezLadungen[i] * (lN.matWerte[i,mfN,false] + matWerte[i,mfN,false]) * dX/2;
end
else begin
emWerte[efDPhiDX,false]:=0;
for i:=0 to length(matWerte)-1 do
emWerte[efDPhiDX,false]:=
emWerte[efDPhiDX,false]
+ besitzer.spezLadungen[i] * matWerte[i,mfN,false] * dX/2;
end;
end;
procedure tWertePunkt.berechneNAbleitung(iDX,pDNMax: extended); // Zeitableitung von n berechnen
var
i: longint;
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 *)
for i:=0 to length(matWerte)-1 do
// dn/dt = -d(n/Gamma p_x)/dx + (p_max*dx) * Laplace n
matWerte[i,mfN,true]:=
( rN.matWerte[i,mfN,false] * rN.matWerte[i,mfIGamma,false] * (pDNMax - rN.matWerte[i,mfPX,false] * iDX)
+ lN.matWerte[i,mfN,false] * lN.matWerte[i,mfIGamma,false] * (pDNMax + lN.matWerte[i,mfPX,false] * iDX)
- matWerte[i,mfN,false] * matWerte[i,mfIGamma,false] * 2 * pDNMax) / 2;
// Der zweite Summand entspricht (in etwa) einer thermischen Verschmierung
// 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^2
end;
procedure tWertePunkt.berechneNAbleitung(iDX,pDNMax: extended; rechts: boolean);
var
i: longint;
begin
if rechts then begin
for i:=0 to length(matWerte)-1 do
// rechter Randterm von dn/dt = -d(n/Gamma p_x)/dx + (p_max*dx) * Laplace n
matWerte[i,mfN,true]:=
( lN.matWerte[i,mfN,false] * lN.matWerte[i,mfIGamma,false] * (pDNMax + lN.matWerte[i,mfPX,false] * iDX)
- matWerte[i,mfN,false] * matWerte[i,mfIGamma,false] * (pDNMax - matWerte[i,mfPX,false] * iDX)) / 2;
end
else begin
for i:=0 to length(matWerte)-1 do
// linker Randterm von dn/dt = -d(n/Gamma p_x)/dx + (p_max*dx) * Laplace n
matWerte[i,mfN,true]:=
( rN.matWerte[i,mfN,false] * rN.matWerte[i,mfIGamma,false] * (pDNMax - rN.matWerte[i,mfPX,false] * iDX)
- matWerte[i,mfN,false] * matWerte[i,mfIGamma,false] * (pDNMax + matWerte[i,mfPX,false] * iDX)) / 2;
end
end;
procedure tWertePunkt.berechneAbleitungen(iDX: extended); // Zeitableitungen berechnen
var
i: longint;
begin
// d2Psi/dxdt = dPhi/dx - dGamma/dx
for i:=0 to length(matWerte)-1 do
matWerte[i,mfDPsiDX,true]:=
besitzer.spezLadungen[i] * emWerte[efDPhiDX,false]
;// - (rN.matWerte[i,mfGamma,false] - lN.matWerte[i,mfGamma,false]) * iDX/2;
// d2A/dt2 = Laplace(A) - Nabla(phi) ...
emWerte[efDAXDT,true]:=
( rN.emWerte[efAX,false] - 2*emWerte[efAX,false] + lN.emWerte[efAX,false] )*sqr(iDX)
- emWerte[efDPhiDX,false];
emWerte[efDAYDT,true]:=
( 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);
// ... - Rho/gamma p
for i:=0 to length(matWerte)-1 do begin
emWerte[efDAXDT,true]:=
emWerte[efDAXDT,true]
- (besitzer.spezLadungen[i] * matWerte[i,mfN,false] * matWerte[i,mfIGamma,false] * matWerte[i,mfPX,false]);
emWerte[efDAYDT,true]:=
emWerte[efDAYDT,true]
- (besitzer.spezLadungen[i] * matWerte[i,mfN,false] * matWerte[i,mfIGamma,false] * matWerte[i,mfPY,false]);
emWerte[efDAZDT,true]:=
emWerte[efDAZDT,true]
- (besitzer.spezLadungen[i] * matWerte[i,mfN,false] * matWerte[i,mfIGamma,false] * matWerte[i,mfPZ,false]);
end;
// dA/dt = dA/dt
emWerte[efAX,true]:=emWerte[efDAXDT,false];// + emWerte[efDAXDT,true]*dT;
emWerte[efAY,true]:=emWerte[efDAYDT,false];// + emWerte[efDAYDT,true]*dT;
emWerte[efAZ,true]:=emWerte[efDAZDT,false];// + emWerte[efDAZDT,true]*dT;
end;
function tWertePunkt.maxDT: extended;
var
i: longint;
begin
result:=infinity;
for i:=0 to length(matWerte)-1 do
if (matWerte[i,mfN,true]<0) and
(matWerte[i,mfN,false]>0) then
result:=min(result,-matWerte[i,mfN,false]/matWerte[i,mfN,true]);
end;
function tWertePunkt.dump(mitNachbarn: boolean): string;
var
i: longint;
begin
if mitNachbarn and assigned(lN) then result:=lN.dump(false)+' << '
else result:='';
for i:=0 to length(matWerte)-1 do
result:=
result+
'N['+ inttostr(i)+'] = '+floattostr(matWerte[i,mfN,false])+' '+
'N''['+inttostr(i)+'] = '+floattostr(matWerte[i,mfN,true])+' ';
result:=result+'maxDT: '+floattostr(maxDT);
if mitNachbarn and assigned(rN) then result:=result+' >> '+rN.dump(false);
end;
procedure tWertePunkt.nichtnegativieren; // Dichten nicht negativ machen
var
i: longint;
defizit: extended;
li,re: tWertePunkt;
pro: tProtokollant;
begin
for i:=0 to length(matWerte)-1 do
if matWerte[i,mfN,false]<0 then begin
defizit:=-matWerte[i,mfN,false];
matWerte[i,mfN,false]:=0;
li:=self.lN;
re:=self.rN;
repeat
if assigned(li) then begin
if li.matWerte[i,mfN,false]>0 then begin
if defizit>=li.matWerte[i,mfN,false] then begin
defizit:=defizit-li.matWerte[i,mfN,false];
li.matWerte[i,mfN,false]:=0;
end
else begin
li.matWerte[i,mfN,false]:=li.matWerte[i,mfN,false]-defizit;
defizit:=0;;
end;
end;
li:=li.lN;
end;
if assigned(re) then begin
if re.matWerte[i,mfN,false]>0 then begin
if defizit>=re.matWerte[i,mfN,false] then begin
defizit:=defizit-re.matWerte[i,mfN,false];
re.matWerte[i,mfN,false]:=0;
end
else begin
re.matWerte[i,mfN,false]:=re.matWerte[i,mfN,false]-defizit;
defizit:=0;;
end;
end;
re:=re.rN;
end;
until (defizit<=0) or not (assigned(li) or assigned(re));
if defizit>0 then begin
pro:=tProtokollant.create(besitzer.par.prot,'WertePunkt.nichtnegativieren');
pro.schreibe('Ich konnte ein Teilchendefizit nicht auffüllen!',true);
besitzer.par.abbrechen;
end;
end;
end;
{ linearkombinationsspezifische Methoden von tWertePunkt und tFelder }
{$INCLUDE linearkombination.inc}
{$DEFINE lkA3}
{$INCLUDE linearkombination.inc}
{$DEFINE lkA4}
{$INCLUDE linearkombination.inc}
{$DEFINE lkA5}
{$INCLUDE linearkombination.inc}
{$DEFINE lkA6}
{$INCLUDE linearkombination.inc}
{$DEFINE lkA7}
{$INCLUDE linearkombination.inc}
{$DEFINE lkA8}
{$INCLUDE linearkombination.inc}
{$DEFINE lkA9}
{$INCLUDE linearkombination.inc}
{$DEFINE lkA10}
{$INCLUDE linearkombination.inc}
{$DEFINE lkA11}
{$INCLUDE linearkombination.inc}
{$DEFINE lkA12}
{$INCLUDE linearkombination.inc}
{$DEFINE lkA14}
{$INCLUDE linearkombination.inc}
{$DEFINE lkA15}
{$INCLUDE linearkombination.inc}
{$DEFINE lkA16}
{$INCLUDE linearkombination.inc}
{$DEFINE lkA17}
{$INCLUDE linearkombination.inc}
{$DEFINE lkA18}
{$INCLUDE linearkombination.inc}
{$DEFINE lkA19}
{$INCLUDE linearkombination.inc}
{$DEFINE lkA22}
{$INCLUDE linearkombination.inc}
{$DEFINE lkA23}
{$INCLUDE linearkombination.inc}
{$DEFINE lkA31}
{$INCLUDE linearkombination.inc}
{$DEFINE lkA32}
{$INCLUDE linearkombination.inc}
{ tFelder }
constructor tFelder.create(groesse: longint; teilchen: array of tTeilchenSpezies; lichter: tMyStringList; parent: tGitter);
var
i,j: longint;
rechts: boolean;
begin
inherited create;
par:=parent;
matAnz:=length(teilchen);
fillchar(spezLadungen,sizeof(spezLadungen),#0);
setlength(spezLadungen,matAnz);
for i:=0 to length(spezLadungen)-1 do
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,self);
for i:=1 to length(inhalt)-1 do
inhalt[i]:=tWertePunkt.create(inhalt[i-1],self);
fillchar(massen,sizeof(massen),#0);
setlength(massen,length(teilchen));
for i:=0 to length(massen)-1 do
massen[i]:=0;
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,mfDPsiDX,false]:=0;
massen[j]:=massen[j]+inhalt[i].matWerte[j,mfN,false]*par.dX;
end;
for rechts:=false to true do begin
lichters[rechts]:=tMyStringlist.create(nil,'');
lichters[rechts].text:=lichter.text;
end;
lichters[false].grep('^links .*');
lichters[false].subst('^links *','');
lichters[true].grep('^rechts .*');
lichters[true].subst('^rechts *','');
end;
destructor tFelder.destroy;
var
i: longint;
begin
setlength(spezLadungen,0);
for i:=0 to length(inhalt)-1 do
inhalt[i].free;
setlength(inhalt,0);
lichters[false].free;
lichters[true].free;
inherited destroy;
end;
procedure tFelder.setzeRaender(iDX: extended);
var
emF: tEMFeldInhalt;
rechts: boolean;
i: longint;
begin
for emF:=efAX to efAZ do begin // Vakuumrandbedingungen für das A-Feld
inhalt[0].emWerte[emF,true]:=
(inhalt[1].emWerte[emF,false] -
inhalt[0].emWerte[emF,false])*iDX;
inhalt[length(inhalt)-1].emWerte[emF,true]:=
(inhalt[length(inhalt)-2].emWerte[emF,false] -
inhalt[length(inhalt)-1].emWerte[emF,false])*iDX;
end; // (ein bisschen wird noch reflektiert, vmtl. durch numerische Fehler bzw. nicht beachtete numerische Dispersion)
for rechts:=false to true do
for i:=0 to lichters[rechts].count-1 do
inhalt[(length(inhalt)-1)*byte(rechts)].emWerte[efAY,true]:=
inhalt[(length(inhalt)-1)*byte(rechts)].emWerte[efAY,true] +
exprToFloat(false,lichters[rechts][i],par.kvs,nil);
end;
procedure tFelder.berechneAbleitungen(dX,iDX,pDNMax: extended);
var
i: longint;
begin
for i:=0 to length(inhalt)-1 do
inhalt[i].berechneGammaUndP;
for i:=0 to length(inhalt)-1 do
inhalt[i].berechneDPhiDX(dX);
for i:=0 to matAnz-1 do begin // Teilchen werden reflektiert
inhalt[1].matWerte[i,mfPX,false]:=
abs(inhalt[1].matWerte[i,mfPX,false]);
inhalt[length(inhalt)-2].matWerte[i,mfPX,false]:=
-abs(inhalt[length(inhalt)-2].matWerte[i,mfPX,false]);
end;
for i:=2 to length(inhalt)-3 do
inhalt[i].berechneNAbleitung(iDX,pDNMax);
inhalt[1].berechneNAbleitung(iDX,pDNMax,false);
inhalt[length(inhalt)-2].berechneNAbleitung(iDX,pDNMax,true);
setzeRaender(iDX);
for i:=1 to length(inhalt)-2 do
inhalt[i].berechneAbleitungen(iDX);
end;
function tFelder.maxDT: extended;
var
i: longint;
begin
result:=inhalt[0].maxDT;
for i:=1 to length(inhalt)-1 do
result:=min(result,inhalt[i].maxDT);
end;
{ tGitter }
constructor tGitter.create(derBesitzer: tSimulation; size: longint; deltaT,deltaX,pDNMa: extended; bekannteWerte: tKnownValues; teilchen: array of tTeilchenSpezies; lichter: tMyStringlist; zv: tZeitverfahren; protokollant: tProtokollant; name: string);
var
i: longint;
begin
inherited create;
abbruch:=false;
besitzer:=derBesitzer;
zeitverfahren:=zv;
kvs:=bekannteWerte;
prot:=tProtokollant.create(protokollant,name);
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);
zfRungeKuttaDreiAchtel,zfRungeKuttaVier:
Setlength(Felders,5);
zfRungeKuttaZehn:
Setlength(Felders,18);
zfRungeKuttaZwoelf:
Setlength(Felders,26);
zfRungeKuttaVierzehn:
Setlength(Felders,36);
end{of Case};
xl:=dX/2;
for i:=0 to length(felders)-1 do
felders[i]:=tFelder.create(size,teilchen,lichter,self);
aktuelleFelder:=0;
t:=0;
kvs.add('t',t);
end;
destructor tGitter.destroy;
var
i: longint;
begin
for i:=0 to length(Felders)-1 do
felders[i].free;
setlength(felders,0);
inherited destroy;
end;
procedure tGitter.diffusionsTermAnpassen(pro: tProtokollant);
var
i,j,k: longint;
curMax,tmp: extended;
begin
curMax:=0;
k:=0;
for i:=1 to length(felders[aktuelleFelder].inhalt)-2 do
for j:=0 to felders[aktuelleFelder].matAnz-1 do begin
tmp:=abs(felders[aktuelleFelder].inhalt[i].matWerte[j,mfPx,false]*
(felders[aktuelleFelder].inhalt[i+1].matWerte[j,mfN,false] - felders[aktuelleFelder].inhalt[i-1].matWerte[j,mfN,false])/
max(felders[aktuelleFelder].inhalt[i+1].matWerte[j,mfN,false] + felders[aktuelleFelder].inhalt[i-1].matWerte[j,mfN,false],1e-100));
if tmp>curMax then begin
curMax:=tmp;
k:=i;
end;
end;
if curMax > pDNMax then begin
if pDNMaxDynamisch then begin
pDNMax:=2*curMax;
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, x='+floattostr(xL+k*dX)+'), die numerische Stabilität ist nicht mehr gewährleistet, Simulation wird abgebrochen!',true);
pro.schreibe(' Lösung: größeren Diffusionsterm wählen',true);
pro.schreibe(' außerdem empfohlen: Ortsauflösung in gleichem Maße verbessern',true);
abbrechen;
end;
end;
end;
function tGitter.pruefeMaxDT(aF: longint; var dTMax,dT: extended; dTMin: extended): boolean; // wurde verkleinert?
begin
dTMax:=min(dTMax,felders[aF].maxDT);
// das maximale dT, welches bei den momentanen Ableitungen nicht zu
// unphysikalischen Effekten (z.B. negativen Dichten) führt
result:=(dTMax<dT) and (dT>1.1*dTMin);
if result then begin // beabsichtigter Zeitschritt ist zu groß,
dT:=dTMax/4; // dann machen wir ihn doch kleiner!
if dT<dTMin then
dT:=dTMin
{$IFDEF Zeitschrittueberwachung}
else begin
prot.schreibe('pruefeMaxDT: dT -> '+floattostr(dT)+' (t = '+floattostr(t)+')');
prot.spuelen;
end
{$ENDIF};
end;
end;
procedure tGitter.abbrechen;
var
i,j,k: longint;
maF: tMaterieFeldInhalt;
emF: tEMFeldInhalt;
abl: boolean;
begin
abbruch:=true;
for i:=0 to length(felders)-1 do
for j:=0 to length(felders[i].inhalt)-1 do begin
for emF:=low(tEMFeldInhalt) to high(tEMFeldInhalt) do
for abl:=false to true do
felders[i].inhalt[j].emWerte[emF,false]:=0;
for k:=0 to felders[i].matAnz-1 do
for maF:=low(tMaterieFeldInhalt) to high(tMaterieFeldInhalt) do
for abl:=false to true do
felders[i].inhalt[j].matWerte[k,maF,false]:=0;
end;
end;
procedure tGitter.iteriereSchritt(var dT: extended; dTMin: extended);
var {$IFDEF negativeDichteueberwachung}
i,j: longint;
pro: tProtokollant;
{$ENDIF}
dTMax: extended;
begin
if abbruch then begin
t:=t+dT;
exit;
end;
kvs.add('t',t);
diffusionsTermAnpassen(prot);
dTMax:=dX*100;
repeat
felders[aktuelleFelder].berechneAbleitungen(dX,iDX,pDNMax); // y' = y'(t,y(t))
if pruefeMaxDT(aktuelleFelder,dTMax,dT,dTMin) then
continue;
case zeitverfahren of
zfEulerVorwaerts: // y(t+dt) = y(t) + y' dt
felders[1-aktuelleFelder].liKo(felders[aktuelleFelder],felders[aktuelleFelder],dT);
zfRungeKuttaDreiAchtel: begin
{$INCLUDE rk3_8.inc}
end;
zfRungeKuttaVier: begin
{$INCLUDE rk4.inc}
end;
zfRungeKuttaZehn: begin // Quelle: http://sce.uhcl.edu/rungekutta/rk108.txt
{$INCLUDE rk108.inc}
end;
zfRungeKuttaZwoelf: begin // Quelle: http://sce.uhcl.edu/rungekutta/rk1210.txt
{$INCLUDE rk1210.inc}
end;
zfRungeKuttaVierzehn: begin // Quelle: http://sce.uhcl.edu/rungekutta/rk1412.txt
{$INCLUDE rk1412.inc}
end;
end{of case};
break;
until abbruch;
aktuelleFelder:=1-aktuelleFelder;
{$IFDEF negativeDichteueberwachung}
for i:=0 to length(felders[aktuelleFelder].inhalt)-1 do
for j:=0 to felders[aktuelleFelder].matAnz-1 do
if felders[aktuelleFelder].inhalt[i].matWerte[j,mfN,false]<0 then begin
pro:=tProtokollant.create(prot,'iteriereSchritt');
pro.schreibe('n<0 bei:',true);
pro.schreibe(' t = ' +floattostr(t)+',',true);
pro.schreibe(' i = ' +inttostr(i)+' (x = '+floattostr(xl+i*dX)+'),',true);
pro.schreibe(' alte Werte:',true);
with felders[1-aktuelleFelder] do begin
pro.schreibe(' v_l = ' +floattostr(inhalt[i-1].matWerte[j,mfDPsiDX,false]*
inhalt[i-1].matWerte[j,mfIGamma,false])+',',true);
pro.schreibe(' n_l = ' +floattostr(inhalt[i-1].matWerte[j,mfN,false])+',',true);
pro.schreibe(' n_l'' = '+floattostr(inhalt[i-1].matWerte[j,mfN,true])+',',true);
pro.schreibe(' v = ' +floattostr(inhalt[i].matWerte[j,mfDPsiDX,false]*
inhalt[i].matWerte[j,mfIGamma,false])+',',true);
pro.schreibe(' n = ' +floattostr(inhalt[i].matWerte[j,mfN,false])+',',true);
pro.schreibe(' n'' = '+floattostr(inhalt[i].matWerte[j,mfN,true])+',',true);
pro.schreibe(' v_r = ' +floattostr(inhalt[i+1].matWerte[j,mfDPsiDX,false]*
inhalt[i+1].matWerte[j,mfIGamma,false])+',',true);
pro.schreibe(' n_r = ' +floattostr(inhalt[i+1].matWerte[j,mfN,false])+',',true);
pro.schreibe(' n_r'' = '+floattostr(inhalt[i+1].matWerte[j,mfN,true]),true);
end;
pro.schreibe(' neue Werte:',true);
with felders[aktuelleFelder] do begin
pro.schreibe(' v_l = ' +floattostr(inhalt[i-1].matWerte[j,mfDPsiDX,false]*
inhalt[i-1].matWerte[j,mfIGamma,false])+',',true);
pro.schreibe(' n_l = ' +floattostr(inhalt[i-1].matWerte[j,mfN,false])+',',true);
pro.schreibe(' n_l'' = '+floattostr(inhalt[i-1].matWerte[j,mfN,true])+',',true);
pro.schreibe(' v = ' +floattostr(inhalt[i].matWerte[j,mfDPsiDX,false]*
inhalt[i].matWerte[j,mfIGamma,false])+',',true);
pro.schreibe(' n = ' +floattostr(inhalt[i].matWerte[j,mfN,false])+',',true);
pro.schreibe(' n'' = '+floattostr(inhalt[i].matWerte[j,mfN,true])+',',true);
pro.schreibe(' v_r = ' +floattostr(inhalt[i+1].matWerte[j,mfDPsiDX,false]*
inhalt[i+1].matWerte[j,mfIGamma,false])+',',true);
pro.schreibe(' n_r = ' +floattostr(inhalt[i+1].matWerte[j,mfN,false])+',',true);
pro.schreibe(' n_r'' = '+floattostr(inhalt[i+1].matWerte[j,mfN,true]),true);
end;
pro.free;
abbrechen;
end;
{$ENDIF}
t:=t+dT;
dT:=max(dT,dTMax/100);
end;
function tGitter.dumpErhaltungsgroessen: boolean;
var i,j: integer;
ns: tExtendedArray;
pro: tProtokollant;
s: string;
begin
pro:=tProtokollant.create(prot,'dumpErhaltungsgroessen');
setlength(ns,felders[aktuelleFelder].matAnz);
result:=true;
s:='';
for i:=0 to length(ns)-1 do
ns[i]:=0;
for i:=0 to length(felders[aktuelleFelder].inhalt)-1 do
for j:=0 to length(ns)-1 do
ns[j]:= ns[j] + felders[aktuelleFelder].inhalt[i].matWerte[j,mfN,false];
for i:=0 to length(ns)-1 do begin
ns[i]:=ns[i]*dX;
s:=s+ ' n['+inttostr(i)+']='+floattostr(ns[i]);
{$IFDEF Dichteueberwachung}
if (not abbruch) and (abs(ns[i]-felders[aktuelleFelder].massen[i])>0.5) then begin
result:=false;
pro.schreibe(' n['+inttostr(i)+'] ('+floattostr(ns[i])+') unterscheidet sich stark vom Anfangswert ('+floattostr(felders[aktuelleFelder].massen[i])+'), es scheinen sehr viele Teilchen entstanden oder verloren gegangen zu sein. Die Simulation wird abgebrochen. (t='+floattostr(t)+')',true);
end;
{$ENDIF}
end;
delete(s,1,1);
prot.schreibe(s);
pro.free;
end;
procedure tGitter.berechne(was: char; teilchen: longint);
var
i: longint;
tmp: extended;
emF: tEMFeldInhalt;
maF: tMaterieFeldInhalt;
begin
if was='A' then begin
for i:=0 to length(felders[aktuelleFelder].inhalt)-1 do begin
tmp:=0;
for emF:=efAX to efAZ do
tmp:=tmp+sqr(felders[aktuelleFelder].inhalt[i].emWerte[emF,false]);
felders[aktuelleFelder].inhalt[i].emWerte[efA,false]:=sqrt(tmp);
end;
exit;
end;
if was='P' then begin
for i:=0 to length(felders[aktuelleFelder].inhalt)-1 do begin
tmp:=0;
for maF:=mfPX to mfPZ do
tmp:=tmp+sqr(felders[aktuelleFelder].inhalt[i].matWerte[teilchen,maF,false]);
felders[aktuelleFelder].inhalt[i].matWerte[teilchen,maF,false]:=sqrt(tmp);
end;
exit;
end;
prot.schreibe('Kann '''+was+''' nicht berechnen, weil ich es nicht verstehe!',true);
prot.destroyall;
halt;
end;
{ tSimulation }
constructor tSimulation.create(inName: string; protokollant: tProtokollant; name: string);
var
ifile: tMyStringlist;
zeitverfahren: tZeitverfahren;
s,t,aSuffix,aPrefix: string;
deltaX,breite,pDNMax: extended;
i: longint;
kvs: tKnownValues;
teilchen: array of tTeilchenSpezies;
lichter: tMyStringlist;
pro: tProtokollant;
na: pSigActionRec;
begin
inherited create;
prot:=tProtokollant.create(protokollant,name);
kvs:=tKnownValues.create;
ifile:=tMyStringlist.create(prot,'ifile');
ifile.loadfromfile(inName);
if not ifile.unfoldMacros then begin
prot.schreibe('Fehlerhafte Macros in Parameterdatei '''+inName+'''!',true);
prot.destroyall;
halt(1);
end;
// Standardeinstellungen Bereich 'allgemein'
zeitverfahren:=zfRungeKuttaVier;
deltaX:=1e-2;
kvs.add('λ',1);
kvs.add('T',1);
kvs.add('ω',2*pi);
kvs.add('dX',deltaX);
kvs.add('q',1);
kvs.add('me',1);
dT:=-1;
sDT:=-1;
sDX:=-1;
tEnde:=100;
breite:=10.0;
pDNMax:=-1;
fortschrittsAnzeige:=false;
dTMin:=-1;
gotSighup:=false;
// Standardeinstellungen Bereich 'ausgaben'
aPrefix:=extractfilepath(paramstr(0));
aSuffix:='.dat';
setlength(ausgabeDateien,0);
// Standardeinstellungen Breich 'lichtVon...'
lichter:=tMyStringlist.create(prot,'lichter');
// Standardeinstellungen Breich 'teilchen...'
setlength(teilchen,0);
repeat
if not ifile.readln(s) then begin
prot.schreibe('Unerwartetes Dateiende in '''+inName+'''!',true);
prot.destroyall;
halt(1);
end;
if s='Dateiende' then
break;
if s='allgemein' then begin
repeat
if not ifile.readln(s) then begin
prot.schreibe('Unerwartetes Dateiende in Parameterdatei '''+inName+''' im Bereich allgemein!',true);
prot.destroyall;
halt(1);
end;
if s='allgemeinEnde' then break;
if s='runge-Kutta-3/8' then begin
Zeitverfahren:=zfRungeKuttaDreiAchtel;
continue;
end;
if s='runge-Kutta-4' then begin
Zeitverfahren:=zfRungeKuttaVier;
continue;
end;
if s='runge-Kutta-10' then begin
Zeitverfahren:=zfRungeKuttaZehn;
continue;
end;
if s='runge-Kutta-12' then begin
Zeitverfahren:=zfRungeKuttaZwoelf;
continue;
end;
if s='runge-Kutta-14' then begin
Zeitverfahren:=zfRungeKuttaVierzehn;
continue;
end;
if s='euler-Vorwärts' then begin
Zeitverfahren:=zfEulerVorwaerts;
continue;
end;
if startetMit('ortsschritt ',s) then begin
deltaX:=exprtofloat(false,s,kvs,nil);
kvs.add('dX',deltaX);
continue;
end;
if startetMit('zeitschritt ',s) then begin
dT:=exprtofloat(false,s,kvs,nil);
kvs.add('dT',dT);
continue;
end;
if startetMit('minZeitschritt ',s) then begin
dTMin:=exprtofloat(false,s,kvs,nil);
continue;
end;
if startetMit('diffusionsterm ',s) then begin
pDNMax:=exprtofloat(false,s,kvs,nil);
continue;
end;
if startetMit('zeit ',s) then begin
tEnde:=exprtofloat(false,s,kvs,nil);
continue;
end;
if startetMit('breite ',s) then begin
breite:=exprtofloat(false,s,kvs,nil);
continue;
end;
if s='mit Fortschrittsanzeige' then begin
fortschrittsAnzeige:=true;
continue;
end;
if s='ohne Fortschrittsanzeige' then begin
fortschrittsAnzeige:=false;
continue;
end;
prot.schreibe('Unbekannter Befehl '''+s+''' in Parameterdatei '''+inName+''' im Bereich allgemein!',true);
prot.destroyall;
halt(1);
until false;
continue;
end;
if s='ausgaben' then begin
repeat
if not ifile.readln(s) then begin
prot.schreibe('Unerwartetes Dateiende in Parameterdatei '''+inName+''' im Bereich ausgaben!',true);
prot.destroyall;
halt(1);
end;
if s='ausgabenEnde' then break;
if startetMit('suffix ',s) then begin
aSuffix:=s;
continue;
end;
if startetMit('prefix ',s) then begin
aPrefix:=s;
continue;
end;
if startetMit('zeitschritt ',s) then begin
sDT:=exprtofloat(false,s,kvs,nil);
continue;
end;
if startetMit('ortsschritt ',s) then begin
sDX:=exprtofloat(false,s,kvs,nil);
continue;
end;
if startetMit('felder ',s) then begin
s:=s+',';
while s<>'' do begin
t:=erstesArgument(s,',');
setlength(ausgabeDateien,length(ausgabeDateien)+1);
ausgabeDateien[length(ausgabeDateien)-1]:=tAusgabeDatei.create(t,aPrefix,aSuffix,prot,'ausgabeDateien['+inttostr(length(ausgabeDateien)-1)+']');
end;
continue;
end;
prot.schreibe('Unbekannter Befehl '''+s+''' in Parameterdatei '''+inName+''' im Bereich ausgaben!',true);
prot.destroyall;
halt(1);
until false;
continue;
end;
if startetMit('licht von ',s) then begin
if startetMit('links ',s) then begin
lichter.add('links '+s);
continue;
end;
if startetMit('rechts ',s) then begin
lichter.add('rechts '+s);
continue;
end;
prot.schreibe('Licht kann nicht von '''+erstesArgument(s)+''' kommen!',true);
prot.destroyall;
halt(1);
end;
if startetMit('teilchen',s) then begin
if (s<>'') and (strtoint(s)<>length(teilchen)+1) then begin
prot.schreibe('Ich erwarte die Teilchen beginnend bei 1 der Reihe nach in Parameterdatei '''+inName+'''!',true);
prot.destroyall;
halt(1);
end;
setlength(teilchen,length(teilchen)+1);
teilchen[length(teilchen)-1]:=tTeilchenSpezies.create;
repeat
if not ifile.readln(s) then begin
prot.schreibe('Unerwartetes Dateiende in Parameterdatei '''+inName+''' im Bereich teilchen!',true);
prot.destroyall;
halt(1);
end;
if s='teilchen'+inttostr(length(teilchen))+'Ende' then break;
if startetMit('spezifische Ladung ',s) then begin
teilchen[length(teilchen)-1].spezifischeLadung:=-exprToFloat(false,s,kvs,nil);
kvs.add('qm'+inttostr(length(teilchen)),teilchen[length(teilchen)-1].spezifischeLadung);
continue;
end;
if startetMit('maximaldichte ',s) then begin
teilchen[length(teilchen)-1].nMax:=exprToFloat(false,s,kvs,nil);
kvs.add('nmax'+inttostr(length(teilchen)),teilchen[length(teilchen)-1].nMax);
continue;
end;
if startetMit('minimaldichte ',s) then begin
teilchen[length(teilchen)-1].nMin:=exprToFloat(false,s,kvs,nil);
kvs.add('nmin'+inttostr(length(teilchen)),teilchen[length(teilchen)-1].nMin);
continue;
end;
if startetMit('verteilung ',s) then begin
teilchen[length(teilchen)-1].liesDichteFunktion(s,ifile,kvs,teilchen,prot);
continue;
end;
prot.schreibe('Unbekannter Befehl '''+s+''' in Parameterdatei '''+inName+''' im Bereich teilchen!',true);
prot.destroyall;
halt(1);
until false;
continue;
end;
prot.schreibe('Unbekannter Befehl '''+s+''' in Parameterdatei '''+inName+'''!',true);
prot.destroyall;
halt(1);
until false;
ifile.free;
if length(ausgabedateien)=0 then begin
prot.schreibe('Du solltest irgendetwas abspeichern lassen!',true);
prot.destroyall;
halt(1);
end;
if dT<0 then
dT:=deltaX/10;
if sDT<0 then
sDT:=dT;
sDT:=1/round(1/sDT);
sT:=sDT/2;
if sDX<0 then
sDX:=deltaX;
if dTMin<0 then
dTMin:=min(1E-30,dT*1E-5);
pro:=tProtokollant.create(prot,'create');
case zeitverfahren of
zfEulerVorwaerts:
pro.schreibe('Iteration mittels Euler-Vorwärts');
zfRungeKuttaDreiAchtel:
pro.schreibe('Iteration mittels Runge-Kutta-3/8');
zfRungeKuttaVier:
pro.schreibe('Iteration mittels Runge-Kutta-4');
zfRungeKuttaZehn:
pro.schreibe('Iteration mittels Runge-Kutta-10');
zfRungeKuttaZwoelf:
pro.schreibe('Iteration mittels Runge-Kutta-12');
zfRungeKuttaVierzehn:
pro.schreibe('Iteration mittels Runge-Kutta-14');
else
pro.schreibe('Iteration mittels unbekanntem Verfahren');
end{of case};
pro.schreibe('dX = '+floattostr(deltaX));
pro.schreibe('dT = '+floattostr(dT));
pro.schreibe('breite = '+floattostr(breite)+' (= '+inttostr(round(breite/deltaX)+1)+' Punkte)');
pro.schreibe('pDNMax = '+floattostr(pDNMax));
pro.schreibe('bekannte Werte:');
kvs.dump(pro,' ');
if length(teilchen)>0 then begin
pro.schreibe('teilchen:');
for i:=0 to length(teilchen)-1 do
teilchen[i].dump(pro,' ');
end;
if lichter.count>0 then begin
pro.schreibe('lichter:');
lichter.dump(pro,' ');
end;
if length(ausgabeDateien)>0 then begin
pro.schreibe('ausgaben:');
for i:=0 to length(ausgabeDateien)-1 do begin
ausgabeDateien[i].zeitAnz:=round(1/sDT);
ausgabeDateien[i].sDT:=sDT;
pro.schreibe(' '+ausgabeDateien[i].dump);
end;
end;
pro.free;
if length(sighupSimulationen)=0 then begin
new(na);
na^.sa_Handler := sigActionHandler(@signalCapture);
fillchar(na^.sa_Mask,sizeof(na^.sa_mask),#0);
na^.sa_Flags := 0;
{$ifdef Linux} // Linux specific
na^.sa_Restorer := Nil;
{$endif}
if (fPSigaction(SIGHUP, na, nil) <> 0) then begin
writeln(stderr, 'Error: ', fpgeterrno, '.');
halt(1);
end;
dispose(na);
end;
setlength(sighupSimulationen,length(sighupSimulationen)+1);
sighupSimulationen[length(sighupSimulationen)-1]:=self;
gitter:=tGitter.create(self,round(breite/deltaX)+1,dT,deltaX,pDNMax,kvs,teilchen,lichter,zeitverfahren,prot,'gitter');
for i:=0 to length(teilchen)-1 do
teilchen[i].free;
setlength(teilchen,0);
lichter.free;
end;
destructor tSimulation.destroy;
var
i,j: longint;
begin
for i:=0 to length(ausgabeDateien)-1 do
ausgabeDateien[i].free;
setlength(ausgabeDateien,0);
gitter.free;
prot.free;
for i:=length(sighupSimulationen)-1 downto 0 do
if sighupSimulationen[i]=self then begin
for j:=i+1 to length(sighupSimulationen)-1 do
sighupSimulationen[j-1]:=sighupSimulationen[j];
setlength(sighupSimulationen,length(sighupSimulationen)-1);
end;
inherited destroy;
end;
function tSimulation.iteriereSchritt(start: extended; var zeitPhysik,zeitDatei: extended): boolean; // noch nicht zu Ende?
var
i: longint;
begin
result:=false;
if gitter.abbruch or (dT>sDT) then
dT:=sDT;
zeitPhysik:=zeitPhysik-now;
if errorCode<2 then
gitter.iteriereSchritt(dT,dTMin);
zeitPhysik:=zeitPhysik+now;
zeitDatei:=zeitDatei-now;
while (gitter.t>=sT) and (sT<tEnde) do begin
for i:=0 to length(ausgabeDateien)-1 do
ausgabeDateien[i].speichereWerte(gitter,sT,sDX);
sT:=sT+sDT;
end;
zeitDatei:=zeitDatei+now;
if gotSighup or
(fortschrittsAnzeige and (floor(100*Gitter.t/tEnde) < floor(100*(Gitter.t+dT)/tEnde))) then begin
gotSighup:=false;
prot.schreibe(inttostr(round(100*Gitter.t/tEnde))+'% (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)*(tEnde-Gitter.t)/max(Gitter.t,dT)),true);
prot.schreibe('aktueller Zeitschritt: '+floattostr(dT)+'T',true);
if errorCode<2 then
if not gitter.dumpErhaltungsgroessen then begin
errorCode:=2;
exit;
end;
end;
result:=gitter.t<tEnde;
end;
// allgemeine Funktionen *******************************************************
procedure SignalCapture(signal : longint); cdecl;
var
i: longint;
begin
if signal=SIGHUP then
for i:=0 to length(sighupSimulationen)-1 do
sighupSimulationen[i].gotSighup:=true;
end;
initialization
setlength(sighupSimulationen,0);
finalization
setlength(sighupSimulationen,0);
end.
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