决定用Palabos来做了。开始记录一些关于Palabos的笔记。一边学一边记笔记，算是来自于官网的搬运和翻译吧。

知识点： dynamics objects，block-lattice

5.9日更新，修正了一些错误。

1 离散化：构造格子网格

我们通常需要构造一个格子块。而这个格子块通常就是求解域，可以理解成一个这样的东西：

我们知道求解域分为好几种，最简单的就是矩形求解域，就像上图表示的这种。

上图是一个二维的例子。其实对应于具体的类就是BlockLattice2D。BlockLattice2D是一个类模板。Palabos和openfoam一样，大量采用了泛型编程。虽然目前还是刚刚看，不是很了解，但是这个东西应该非常重要。而且看官网的文档，这个类里面包括了非常多的虚函数，应该是不能直接用的东西。于是，要看看是在什么时候对这些类方法进行实现。

但是，如果边界比较复杂，或者局部需要加密的网格，就会用到多块的网格。这里就会用到MultiBlockLattice。

实际上，拿2D的举例，块（block）的继承关系如下图：

可以看到，块分为三种大的类型：

1.1 AtomicBlock2D

AtomicBlock2D应该是最为普通的一种，而前面提到的BlockLattice2D就是继承于它。构造的是一个矩形区域的格子块，其构造函数如下：

1 2	AtomicBlock2D (plint nx_, plint ny_) AtomicBlock2D (AtomicBlock2D const &rhs)

可以看到，其参数主要就是nx和ny。后面那个构造函数是复制构造函数。
继承自AtomicBlock2D的，为构造格子块的类是BlockLattice2D。其构造函数是：

template<typename T, template< typename U > class Descriptor>
plb::BlockLattice2D< T, Descriptor >::BlockLattice2D	(	plint 	nx_,
plint 	ny_,
Dynamics< T, Descriptor > * 	backgroundDynamics_ 
)

nx，ny表达了它继承自简单矩形块的构造方法，此外还多了一个参数，非常重要的参数，那就是Dynamics。Dynamics是动力学构造，在下一节介绍。

1.2 MultiBlock2D

看名字就可以看出来，MultiBlock2D体现在多块网格上。用在格子构造上的是其子类：MultiBlockLattice2D

官方声明：

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template<typename T, template< typename U > class Descriptor>
class plb::MultiBlockLattice2D< T, Descriptor >
A complex LatticeBase, itself decomposed into smaller components.

其描述如下：

A complex LatticeBase, itself decomposed into smaller components.

This extensible class can be used for example for cache-optimized lattices, irregular domains (no memory allocation in areas exterior to the domain) and parallel lattices. The actual behavior of the lattice is parametrizable by a multiBlockHandler instance, which is given to the constructor.

The MultiBlockLattice does not itself possess LatticeProcessors. The Lattice- Processors are delegated to the respective LatticeBases.

翻译（凑合看看）：

MultiBlockLattice2D是一种复杂的格子块，它可以分解成更小的组件。

这个可扩展类可用于缓存优化的格子、不规则域(在域外部没有内存分配)和并行网格。网格的实际行为可以通过一个multiBlockHandler实例参数化，该实例被提供给构造函数。

多块格子本身并不拥有格子处理器。这些格子处理器被委托给各自的基础格子。也就是多块格子它们格子有自己的格子处理器。

来看看其构造函数：

template class Descriptor>
plb::MultiBlockLattice2D< T, Descriptor >::MultiBlockLattice2D	(	MultiBlockManagement2D const & 	multiBlockManagement_,
        BlockCommunicator2D * 	blockCommunicator_,
        CombinedStatistics * 	combinedStatistics_,
        MultiCellAccess2D< T, Descriptor > * 	multiCellAccess_,
        Dynamics< T, Descriptor > * 	backgroundDynamics_ 
)

这里面包含的参数较多。但是可以看到MultiBlockManagement2D应该是管理多块网格的一个总的联系。BlockCommunicator2D 应该处理的是多块网格之间的数据传递，CombinedStatistics 是一个合并统计，需要进一步了解。MultiCellAccess2D 暂时未知，Dynamics就是指的格子的动态行为了。

MultiBlockLattice2D还有一个构造函数如下：


plb::MultiBlockLattice2D< T, Descriptor >::MultiBlockLattice2D	(	plint 	nx,
plint 	ny,
Dynamics< T, Descriptor > * 	backgroundDynamics_ 
)

~~这个函数实际是为了指定一个背景网格的动态行为。~~

在官方文档中提到过：When constructing a new block-lattice, you must decide what type of collision is going to be executed on each of its cells, by assigning them a dynamics object. To avoid bugs related to cells without dynamics objects, the constructor of a block-lattice assigns a default-alue for the dynamics to all cells, the so-called background dynamics. After this, the dynamics of each cell can be redefined in order to adjust the behavior of the cells locally.

也就是说，构造格子时，需要为每个格子分配动态行为：dynamics object。为了防止出现bug，在构造格子时，指定了一个背景动态行为：background dynamics。完成了背景动态行为的指定后，可以对需要单独处理的格子指定其的动态行为。通过两种方法：

指定某个格子的动态行为：

1	lattice.get(0,0,0).getDynamics().setOmega(newOmega);

调用get(0,0,0)获得坐标为(0,0,0)的这个cell然后调用getDynamcs()获得这个cell的动态再调用setOmega(newOmega)来设定这个单元的动态的松弛因子。恩，很好。很长。

指定某个格子块的动态行为：

// Override background-dynamics to guarantee and independent per-cell
//   copy of the dynamics object.
defineDynamics( lattice, lattice.getBoundingBox(),
                new BGKdynamics );

同时，官方文档里也提到了，defineDynamics方法对不同的类有不同的实现。

1.3 MultiGrid2D

它和MultiBlock2D应该是有着本质的区别。MultiBlock2D体现的是“多块”网格，而MultiGrid2D体现的是“多重”网格。

同样的，创建网格用的应该还是其子类MultiGridLattice2D。

官方的描述：Main class when dealing with grid refinement.

可见，是处理细化网格的主要类。这种细化网格和前面的多块网格有什么区别？

看看它的构造函数：

template<typename T , template< typename U > class Descriptor>
plb::MultiGridLattice2D< T, Descriptor >::MultiGridLattice2D	(	MultiGridManagement2D 	management,
        std::vector< BlockCommunicator2D * > 	communicators_,
        std::vector< CombinedStatistics * > 	combinedStatistics_,
        Dynamics< T, Descriptor > * 	backgroundDynamics,
        plint 	behaviorLevel,
        FineGridInterfaceInstantiator< T, Descriptor > * 	fineGridInstantiator_,
        CoarseGridInterfaceInstantiator< T, Descriptor > * 	coarseGridInstantiator_ 
)

和多块网格的构造函数有相似之处。MultiGrid2D的构造函数同样有一个管理器：MultiGridManagement2D，但是communicators_ 和combinedStatistics_ 都变成了向量。此外还多了一个 fineGridInstantiator_ 和coarseGridInstantiator_ 变量。从字面意思上看应该是精细网格界面实例化和粗糙网格界面实例化。其应用需要进一步看看实例。

但是可以肯定的是，对于精细网格，就是用的该类来处理。

2 动态行为（dynamics）

显然，动态行为是和物理行为相关最为紧密的。对于如何执行碰撞有和边界条件的实施有着重要的意义。

上图就是dynamic类的继承关系图，可见还是相当复杂的。带红色框的是文档化和结构化的类，也就是用的最多的类。下面列出来，可能会用到的动态：

BGKdynamics：最基本的BGK动态
ExternalForceDynamics：包含外力的BGK动态
GuoExternalForceSmagorinskyBGKdynamics：这个应该是郭照立老师的包含外阿里的BGK动态
MRTdynamics：多松弛动态，实际上这个多松弛用的并不多
MomentumExchangeBounceBack：是处理无滑移边界条件的一个非常流行的实施手段。

来看看最基本的BGKdynamics，其构造函数如下：

1 2	template<typename T , template< typename U > class Descriptor> plb::BGKdynamics< T, Descriptor >::BGKdynamics ( T omega_ )

可见，里面就只需要设置一个参数，那就是松弛因子。而这个类里面也就只包含一个成员变量，就是这个松弛因子omega_。

在BGKdynamics里面，包含了，包括碰撞的实施方法：collide；执行包含宏观量的碰撞方法：collideExternal；计算平衡态分布函数的方法：| computeEquilibrium |

暂时写到这里。主要看了两大类型的类。涉及到定义格子的blocklattice和定义格子动态行为的dynamic。

下一次写初始化和边界条件。

学习笔记：Palabos（1）格子离散化和动态行为

2019-04-21
学习笔记