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       1             : /********************************************************************/
       2             : /*                  SOFTWARE COPYRIGHT NOTIFICATION                 */
       3             : /*                             Cardinal                             */
       4             : /*                                                                  */
       5             : /*                  (c) 2021 UChicago Argonne, LLC                  */
       6             : /*                        ALL RIGHTS RESERVED                       */
       7             : /*                                                                  */
       8             : /*                 Prepared by UChicago Argonne, LLC                */
       9             : /*               Under Contract No. DE-AC02-06CH11357               */
      10             : /*                With the U. S. Department of Energy               */
      11             : /*                                                                  */
      12             : /*             Prepared by Battelle Energy Alliance, LLC            */
      13             : /*               Under Contract No. DE-AC07-05ID14517               */
      14             : /*                With the U. S. Department of Energy               */
      15             : /*                                                                  */
      16             : /*                 See LICENSE for full restrictions                */
      17             : /********************************************************************/
      18             : 
      19             : #ifdef ENABLE_NEK_COUPLING
      20             : 
      21             : #include "NekBinnedVolumeIntegral.h"
      22             : #include "CardinalUtils.h"
      23             : #include "NekInterface.h"
      24             : 
      25             : registerMooseObject("CardinalApp", NekBinnedVolumeIntegral);
      26             : 
      27             : InputParameters
      28         277 : NekBinnedVolumeIntegral::validParams()
      29             : {
      30         277 :   InputParameters params = NekVolumeSpatialBinUserObject::validParams();
      31         277 :   params.addClassDescription(
      32             :       "Compute the spatially-binned volume integral of a field over the NekRS mesh");
      33         277 :   return params;
      34           0 : }
      35             : 
      36         141 : NekBinnedVolumeIntegral::NekBinnedVolumeIntegral(const InputParameters & parameters)
      37         141 :   : NekVolumeSpatialBinUserObject(parameters)
      38             : {
      39         134 :   if (_fixed_mesh)
      40         134 :     computeBinVolumes();
      41         133 : }
      42             : 
      43             : void
      44         134 : NekBinnedVolumeIntegral::getBinVolumes()
      45             : {
      46         134 :   resetPartialStorage();
      47             : 
      48         134 :   mesh_t * mesh = nekrs::entireMesh();
      49         134 :   const auto & vgeo = nekrs::getVgeo();
      50      168054 :   for (int k = 0; k < mesh->Nelements; ++k)
      51             :   {
      52      167920 :     int offset = k * mesh->Np;
      53    25094000 :     for (int v = 0; v < mesh->Np; ++v)
      54             :     {
      55    24926080 :       Point p = nekPoint(k, v);
      56    24926080 :       unsigned int b = bin(p);
      57    24926080 :       _bin_partial_values[b] += vgeo[mesh->Nvgeo * offset + v + mesh->Np * JWID];
      58    24926080 :       _bin_partial_counts[b]++;
      59             :     }
      60             :   }
      61             : 
      62             :   // sum across all processes
      63         134 :   MPI_Allreduce(
      64             :       _bin_partial_values, _bin_volumes, _n_bins, MPI_DOUBLE, MPI_SUM, platform->comm.mpiComm);
      65         134 :   MPI_Allreduce(
      66             :       _bin_partial_counts, _bin_counts, _n_bins, MPI_INT, MPI_SUM, platform->comm.mpiComm);
      67             : 
      68             :   // dimensionalize
      69       19825 :   for (unsigned int i = 0; i < _n_bins; ++i)
      70       19691 :     nekrs::dimensionalizeVolume(_bin_volumes[i]);
      71         134 : }
      72             : 
      73             : Real
      74       20952 : NekBinnedVolumeIntegral::spatialValue(const Point & p, const unsigned int & component) const
      75             : {
      76       20952 :   const auto & i = bin(p);
      77       20952 :   return _bin_values[i] * _velocity_bin_directions[i](component);
      78             : }
      79             : 
      80             : void
      81         236 : NekBinnedVolumeIntegral::binnedVolumeIntegral(const field::NekFieldEnum & integrand,
      82             :                                               double * total_integral)
      83             : {
      84         236 :   resetPartialStorage();
      85             : 
      86         236 :   mesh_t * mesh = nekrs::entireMesh();
      87         236 :   double (*f)(int) = nekrs::solutionPointer(integrand);
      88         236 :   const auto & vgeo = nekrs::getVgeo();
      89             : 
      90      340132 :   for (int k = 0; k < mesh->Nelements; ++k)
      91             :   {
      92      339896 :     int offset = k * mesh->Np;
      93   100236088 :     for (int v = 0; v < mesh->Np; ++v)
      94             :     {
      95    99896192 :       Point p = nekPoint(k, v);
      96    99896192 :       unsigned int b = bin(p);
      97    99896192 :       _bin_partial_values[b] += f(offset + v) * vgeo[mesh->Nvgeo * offset + v + mesh->Np * JWID];
      98             :     }
      99             :   }
     100             : 
     101             :   // sum across all processes
     102         236 :   MPI_Allreduce(
     103             :       _bin_partial_values, total_integral, _n_bins, MPI_DOUBLE, MPI_SUM, platform->comm.mpiComm);
     104             : 
     105       29172 :   for (unsigned int i = 0; i < _n_bins; ++i)
     106       28936 :     nekrs::dimensionalizeVolumeIntegral(integrand, _bin_volumes[i], total_integral[i]);
     107         236 : }
     108             : 
     109             : void
     110         228 : NekBinnedVolumeIntegral::executeUserObject()
     111             : {
     112             :   // if the mesh is changing, re-compute the volumes of the bins and check the counts
     113         228 :   if (!_fixed_mesh)
     114           0 :     computeBinVolumes();
     115             : 
     116         228 :   if (_field == field::velocity_component)
     117             :   {
     118           4 :     binnedVolumeIntegral(field::velocity_x, _bin_values_x);
     119           4 :     binnedVolumeIntegral(field::velocity_y, _bin_values_y);
     120           4 :     binnedVolumeIntegral(field::velocity_z, _bin_values_z);
     121             : 
     122         436 :     for (unsigned int i = 0; i < num_bins(); ++i)
     123             :     {
     124         432 :       Point velocity(_bin_values_x[i], _bin_values_y[i], _bin_values_z[i]);
     125         432 :       _bin_values[i] = _velocity_bin_directions[i] * velocity;
     126             :     }
     127             :   }
     128             :   else
     129         224 :     binnedVolumeIntegral(_field, _bin_values);
     130         228 : }
     131             : 
     132             : #endif