BOUT++ 网格产生阅读

作者: 锅炉工的自我修养 | 来源:发表于2020-10-11 20:26 被阅读0次

创建case

1. 创建sf2.5-- 调查内外不对称性
- done
1. 运行sd10-- 选取相同的辐射case
- done
1. 运行sf1.5-- Argon 在较低的注入速率实现脱靶
- crash
1. 运行sd16-- 获得合适的辐射case
- done

网格

1.找到源文件
- hyponotoad.pro
- hypnotoad_version.pro
- tools/tokamak/gridgen/hypnotoad_version.pro

2. Hands-on exercises: transport code

generate the grid file

1. EFIT 生成网格
- 通过hypnotoad将 gfile转化为nc-file
- 网格分辨率：NX= $2^{n}+4$ （径向），NY= $2^{n}$ (极向)
1. 从实验获得的p-file获得剖面信息
- 通过pfile2Grid.pro读取p-file
- 通过prof_fit.pro拟合并smooth剖面
- Ni2Gridall_im.pro将数据写入nc-file
  image.png

获取输运系数的一种方式

基于实验测量的内边界等离子体剖面，有效粒子热输运可以从输运方程获得（不考虑漂移）with sources from inner radial boundary

geometry used in the simulation

1. 导入文件
1. 显示文件的基本信息

稳态解剖面

1. 如何绘图？
1. 含时的问题
1. 上游剖面（温度+密度）
- 在边界线内部，我们固定等离子体密度和温度剖面为实验剖面使用计算的输运系数
- 在SOL，我们计算通过鞘层边界条件使用输运方程，通过扩展台基区输运系数到SOL

Generate grid-file for Bout++

1. IDL
- 通过hypnotoad读取gfile
  - EFIT
- 网格分辨率：
  - $（2^{n}+4） \times 2^{n}$ (径向，极向)

Important

阅读源码ee

TOKAMAK GRIDS FOR BOUT++

磁平衡装换

1. 该code可以被用来作为一个外部的生成GS-磁平衡的工具，用它生成为bout++使用的网格输入文件
- elite/elite2pdb 从EFIT 格式装换
- 该程序输出一个中间的PDB文件，然后交互IDL，装换为BOUT++的输入信息
  - all/pdb2bout.pro

pdb2bout, "intermediate_file.pdb",output="grid.pdb" [,/smooth]

Grid generation

从EFIT 的磁平衡生成网格，提供内BOUT++使用

gridgen/ Grid generation codes
gridgen/doc Manual for grid generation

hypnotoad is a graphical interface in IDL to these routines:

IDL> hypnotoad

Equilibrium generation

产生近似的磁平衡
- shifted_circle/ generate shifted circle equilibria

limiter???????

Intermediate PDB file format

存储 GS-平衡

必须的文件

1. Scalar quantities
- nx:surface number
- ny: number of pointer per flux-surface
1. 1D arrays (nx)
- psi: psi on each flux surface
- mu0p: Mu0*pressure
- mu0pprime
- f
- ffprime
- qsafe: safety factor
1. 2D arrays (nx by ny)
- Rxy: Major radius of each point
- Zxy: Height of each point
1. Optional quantities

If these are not present they can be inferred from other quantities or entered manually.

Bpxy: Poloidal field
Btxy: Toroidal field
Brxy: B field in R direction
Bzxy: B field in Z direction
Ni: density
Te: electron temperature
Ti: Ion temperature

Tokamak grid generator in IDL

B.D.Dudson

1. Introduction

1. 磁场线对齐网格对于tokamak模拟是很重要的，有如下特点
- IDL 环境
- 自动调整设置，网格生成可自定义，但是输入的最小数目非常小（网格数和psi变化）。PSI变化要求符合边界
- 可以操作一个任意数目XP的位型，可以应付奇怪的位型

对于更加复杂的网格生成器，例如CARRE 网格生成器for B2, UEDGE 也可以生成使用与BOUT++的输入。

Using the Hypnotoad（飞向未来的催眠蛤蟆）

1. 调用

IDL> hypnotoad

出现如图的图形界面

image.png

1. load the equ（import equ）

Read G-EQDSK

image.png

1. Read boundary

不尝试识别边界

image.png

一旦你获得磁平衡和边界，输入径向和极向格数
归一化PSI （0 磁轴，1=innermost separatrix）
自定义重新分配
1. Generate mesh (create_grid.pro)
- 定位初始XP，选择哪个是内部的点，已经对应的psi值
- 约束决定对应的偏滤器靶板以及芯部边界
- 常数psi到达靶板靶板
- 下图为下左偏滤器区域的网格。
  
  image.png
- 网格并不会总是从左下开始，网格从内X点开始（ $\psi=1$ ）顺时针产生网格，对于UDN网格从右上开始产生
- 如果需要，可以再次产生网格

"Strict boundaries",决定格点是否超过边界。如果关闭偏滤器腿会在边界停止，但是径向网格允许穿过边界

如果觉得合适，可以点击“Output mesh”产生网格。
image.png

尽管网格生成是自动，一些网格需要用户交互

检查equ是否合适
电流和压强剖面是否合理
不合适会出现数值问题，产生的结果也是不正确的

1. 计算压强梯度的公式
  
  image.png
$h_{\theta}$ 通过格点几何距离计算，
$B_{\zeta}$ 从 $f(\psi)$
$B_{\theta}$ 从 $\psi$ 衍生出

create_mesh.pro using DCTs

计算的压强与压强的对比

image.png

使用网格生成器

1. create_grid 获取2D的 $\psi$ ,产生的沿着流表面的正交网格
psi_inner,归一化的在最内边界
- scalar:用作芯部和PF区域
- array[0]:芯部的内归一化 $\psi$
- array[1..n_xpoint]:内 $\psi$ for 每一个PF区域
psi_outer：最外边界归一化磁通
- scalar: 芯部和PF区域
- array[0..n_xpoint-1]:每一SOL区域的最外边界磁通
nrad:径向格点数
- scalar:总的径向网格数，自动分区
- array[0]:芯部的径向径向格点
- array[1..(n_xpoint-1)]:边界间的径向格点（从芯部到边界）
- array[n_xpoint]: 最后一个边界外的径向格点
npol:极向格点数
- scalar: 中的格点数.基于极向arc长度分割极向区域
- array[0..(3*n_xpoint-1)]:
rad_peaking
pol_peaking

4. DCT

image.png

5. 寻找关键点

OP
XP

6. 区域划分

7. separatrices

计算经过XP的等高线
闭合一个XP，近似改变 $\psi$
image.png
image.png

reading the source code

种下一棵树最好的时间是10年前，其次就是当下。

project：tokamak_grids

README

1. 代码产生tokamak问题的输入文件

grid generation

pyGridGen

README

1. BOUT++ python 预处理 module

本module包含的文件夹产生一个workflow，为BOUT++产生输入网格文件。改脚本是IDL脚本的延伸翻译 in ../gridgen，功能与../gridgen/test.pro类似

dependencie:

../../../tools/pylib (include in PYTHONPATH)
matplotlib/pylab
numpy
scipy
sys
bunch   https://pypi.python.org/pypi/bunch
mayavi2/mlab
itertools
cPickle
netCDF4
time
copy
ode.lsode  http://web.engr.illinois.edu/~mrgates2/ode/

*Initial development on a MacOS X using Enthought Canopy 1.1 python installation. 
Most packages should be there by default except maybe mayavi2, ode.lsode and bunch.

1. 执行：python workflow.py
1. anlyse_equil.py fllows the IDL algorithm step by step, Analyse_equil_2.py 小修，Analyse_equil_3.py 目前最有效。

workflow.py(main function)

基本流程

1. grid

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磁平衡装换

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Equilibrium generation

Intermediate PDB file format

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Using the Hypnotoad（飞向未来的催眠蛤蟆）

使用网格生成器

4. DCT

image.png

5. 寻找关键点

6. 区域划分

7. separatrices

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