xref: /petsc/src/ts/tests/ex28.c (revision 327415f76d85372a4417cf1aaa14db707d4d6c04)
1d0c080abSJoseph Pusztay static char help[] = "Example application of the Bhatnagar-Gross-Krook (BGK) collision operator.\n\
2d0c080abSJoseph Pusztay This example is a 0D-1V setting for the kinetic equation\n\
3d0c080abSJoseph Pusztay https://en.wikipedia.org/wiki/Bhatnagar%E2%80%93Gross%E2%80%93Krook_operator\n";
4d0c080abSJoseph Pusztay 
5d0c080abSJoseph Pusztay #include <petscdmplex.h>
6d0c080abSJoseph Pusztay #include <petscdmswarm.h>
7d0c080abSJoseph Pusztay #include <petscts.h>
8d0c080abSJoseph Pusztay #include <petscdraw.h>
9d0c080abSJoseph Pusztay #include <petscviewer.h>
10d0c080abSJoseph Pusztay 
11d0c080abSJoseph Pusztay typedef struct {
12d0c080abSJoseph Pusztay   PetscInt    particlesPerCell; /* The number of partices per cell */
13d0c080abSJoseph Pusztay   PetscReal   momentTol;        /* Tolerance for checking moment conservation */
14d0c080abSJoseph Pusztay   PetscBool   monitorhg;        /* Flag for using the TS histogram monitor */
15d0c080abSJoseph Pusztay   PetscBool   monitorsp;        /* Flag for using the TS scatter monitor */
16d0c080abSJoseph Pusztay   PetscBool   monitorks;        /* Monitor to perform KS test to the maxwellian */
17d0c080abSJoseph Pusztay   PetscBool   error;            /* Flag for printing the error */
18d0c080abSJoseph Pusztay   PetscInt    ostep;            /* print the energy at each ostep time steps */
19d0c080abSJoseph Pusztay   PetscDraw   draw;             /* The draw object for histogram monitoring */
20d0c080abSJoseph Pusztay   PetscDrawHG drawhg;           /* The histogram draw context for monitoring */
21d0c080abSJoseph Pusztay   PetscDrawSP drawsp;           /* The scatter plot draw context for the monitor */
22d0c080abSJoseph Pusztay   PetscDrawSP drawks;           /* Scatterplot draw context for KS test */
23d0c080abSJoseph Pusztay } AppCtx;
24d0c080abSJoseph Pusztay 
25d0c080abSJoseph Pusztay static PetscErrorCode ProcessOptions(MPI_Comm comm, AppCtx *options)
26d0c080abSJoseph Pusztay {
27d0c080abSJoseph Pusztay   PetscFunctionBeginUser;
28d0c080abSJoseph Pusztay   options->monitorhg        = PETSC_FALSE;
29d0c080abSJoseph Pusztay   options->monitorsp        = PETSC_FALSE;
30d0c080abSJoseph Pusztay   options->monitorks        = PETSC_FALSE;
31d0c080abSJoseph Pusztay   options->particlesPerCell = 1;
32d0c080abSJoseph Pusztay   options->momentTol        = 100.0*PETSC_MACHINE_EPSILON;
33d0c080abSJoseph Pusztay   options->ostep            = 100;
34d0c080abSJoseph Pusztay 
35d0609cedSBarry Smith   PetscOptionsBegin(comm, "", "Collision Options", "DMPLEX");
369566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(PetscOptionsBool("-monitorhg", "Flag to use the TS histogram monitor", "ex28.c", options->monitorhg, &options->monitorhg, NULL));
379566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(PetscOptionsBool("-monitorsp", "Flag to use the TS scatter plot monitor", "ex28.c", options->monitorsp, &options->monitorsp, NULL));
389566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(PetscOptionsBool("-monitorks", "Flag to plot KS test results", "ex28.c", options->monitorks, &options->monitorks, NULL));
399566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(PetscOptionsInt("-particles_per_cell", "Number of particles per cell", "ex28.c", options->particlesPerCell, &options->particlesPerCell, NULL));
409566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(PetscOptionsInt("-output_step", "Number of time steps between output", "ex28.c", options->ostep, &options->ostep, PETSC_NULL));
41d0609cedSBarry Smith   PetscOptionsEnd();
42d0c080abSJoseph Pusztay 
43d0c080abSJoseph Pusztay   PetscFunctionReturn(0);
44d0c080abSJoseph Pusztay }
45d0c080abSJoseph Pusztay 
46d0c080abSJoseph Pusztay /* Create the mesh for velocity space */
47d0c080abSJoseph Pusztay static PetscErrorCode CreateMesh(MPI_Comm comm, DM *dm, AppCtx *user)
48d0c080abSJoseph Pusztay {
49d0c080abSJoseph Pusztay   PetscFunctionBeginUser;
509566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(DMCreate(comm, dm));
519566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(DMSetType(*dm, DMPLEX));
529566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(DMSetFromOptions(*dm));
539566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(DMViewFromOptions(*dm, NULL, "-dm_view"));
54d0c080abSJoseph Pusztay   PetscFunctionReturn(0);
55d0c080abSJoseph Pusztay }
56d0c080abSJoseph Pusztay 
57d0c080abSJoseph Pusztay /* Since we are putting the same number of particles in each cell, this amounts to a uniform distribution of v */
58d0c080abSJoseph Pusztay static PetscErrorCode SetInitialCoordinates(DM sw)
59d0c080abSJoseph Pusztay {
60d0c080abSJoseph Pusztay   AppCtx        *user;
61d0c080abSJoseph Pusztay   PetscRandom    rnd;
62d0c080abSJoseph Pusztay   DM             dm;
63d0c080abSJoseph Pusztay   DMPolytopeType ct;
64d0c080abSJoseph Pusztay   PetscBool      simplex;
65d0c080abSJoseph Pusztay   PetscReal     *centroid, *coords, *xi0, *v0, *J, *invJ, detJ, *vals;
66d0c080abSJoseph Pusztay   PetscInt       dim, d, cStart, cEnd, c, Np, p;
67d0c080abSJoseph Pusztay 
68d0c080abSJoseph Pusztay   PetscFunctionBeginUser;
699566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(PetscRandomCreate(PetscObjectComm((PetscObject) sw), &rnd));
709566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(PetscRandomSetInterval(rnd, -1.0, 1.0));
719566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(PetscRandomSetFromOptions(rnd));
72d0c080abSJoseph Pusztay 
739566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(DMGetApplicationContext(sw, &user));
74d0c080abSJoseph Pusztay   Np   = user->particlesPerCell;
759566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(DMGetDimension(sw, &dim));
769566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(DMSwarmGetCellDM(sw, &dm));
779566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(DMPlexGetHeightStratum(dm, 0, &cStart, &cEnd));
789566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(DMPlexGetCellType(dm, cStart, &ct));
79d0c080abSJoseph Pusztay   simplex = DMPolytopeTypeGetNumVertices(ct) == DMPolytopeTypeGetDim(ct)+1 ? PETSC_TRUE : PETSC_FALSE;
809566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(PetscMalloc5(dim, &centroid, dim, &xi0, dim, &v0, dim*dim, &J, dim*dim, &invJ));
81d0c080abSJoseph Pusztay   for (d = 0; d < dim; ++d) xi0[d] = -1.0;
829566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(DMSwarmGetField(sw, DMSwarmPICField_coor, NULL, NULL, (void **) &coords));
839566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(DMSwarmGetField(sw, "w_q", NULL, NULL, (void **) &vals));
84d0c080abSJoseph Pusztay   for (c = cStart; c < cEnd; ++c) {
85d0c080abSJoseph Pusztay     if (Np == 1) {
869566063dSJacob Faibussowitsch       PetscCall(DMPlexComputeCellGeometryFVM(dm, c, NULL, centroid, NULL));
87d0c080abSJoseph Pusztay       for (d = 0; d < dim; ++d) {
88d0c080abSJoseph Pusztay         coords[c*dim+d] = centroid[d];
89d0c080abSJoseph Pusztay         if ((coords[c*dim+d] >= -1) && (coords[c*dim+d] <= 1)) {
90d0c080abSJoseph Pusztay           vals[c] = 1.0;
91d0c080abSJoseph Pusztay         } else {
92d0c080abSJoseph Pusztay           vals[c] = 0.;
93d0c080abSJoseph Pusztay         }
94d0c080abSJoseph Pusztay       }
95d0c080abSJoseph Pusztay     } else {
969566063dSJacob Faibussowitsch       PetscCall(DMPlexComputeCellGeometryFEM(dm, c, NULL, v0, J, invJ, &detJ)); /* affine */
97d0c080abSJoseph Pusztay       for (p = 0; p < Np; ++p) {
98d0c080abSJoseph Pusztay         const PetscInt n   = c*Np + p;
99d0c080abSJoseph Pusztay         PetscReal      sum = 0.0, refcoords[3];
100d0c080abSJoseph Pusztay 
101d0c080abSJoseph Pusztay         for (d = 0; d < dim; ++d) {
1029566063dSJacob Faibussowitsch           PetscCall(PetscRandomGetValueReal(rnd, &refcoords[d]));
103d0c080abSJoseph Pusztay           sum += refcoords[d];
104d0c080abSJoseph Pusztay         }
105d0c080abSJoseph Pusztay         if (simplex && sum > 0.0) for (d = 0; d < dim; ++d) refcoords[d] -= PetscSqrtReal(dim)*sum;
106d0c080abSJoseph Pusztay         vals[n] = 1.0;
1079566063dSJacob Faibussowitsch         PetscCall(DMPlexReferenceToCoordinates(dm, c, 1, refcoords, &coords[n*dim]));
108d0c080abSJoseph Pusztay       }
109d0c080abSJoseph Pusztay     }
110d0c080abSJoseph Pusztay   }
1119566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(DMSwarmRestoreField(sw, DMSwarmPICField_coor, NULL, NULL, (void **) &coords));
1129566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(DMSwarmRestoreField(sw, "w_q", NULL, NULL, (void **) &vals));
1139566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(PetscFree5(centroid, xi0, v0, J, invJ));
1149566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(PetscRandomDestroy(&rnd));
115d0c080abSJoseph Pusztay   PetscFunctionReturn(0);
116d0c080abSJoseph Pusztay }
117d0c080abSJoseph Pusztay 
118d0c080abSJoseph Pusztay /* The intiial conditions are just the initial particle weights */
119d0c080abSJoseph Pusztay static PetscErrorCode SetInitialConditions(DM dmSw, Vec u)
120d0c080abSJoseph Pusztay {
121d0c080abSJoseph Pusztay   DM             dm;
122d0c080abSJoseph Pusztay   AppCtx        *user;
123d0c080abSJoseph Pusztay   PetscReal     *vals;
124d0c080abSJoseph Pusztay   PetscScalar   *initialConditions;
125d0c080abSJoseph Pusztay   PetscInt       dim, d, cStart, cEnd, c, Np, p, n;
126d0c080abSJoseph Pusztay 
127d0c080abSJoseph Pusztay   PetscFunctionBeginUser;
1289566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(VecGetLocalSize(u, &n));
1299566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(DMGetApplicationContext(dmSw, &user));
130d0c080abSJoseph Pusztay   Np   = user->particlesPerCell;
1319566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(DMSwarmGetCellDM(dmSw, &dm));
1329566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(DMGetDimension(dm, &dim));
1339566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(DMPlexGetHeightStratum(dm, 0, &cStart, &cEnd));
13463a3b9bcSJacob Faibussowitsch   PetscCheck(n == (cEnd-cStart)*Np,PETSC_COMM_SELF, PETSC_ERR_ARG_SIZ, "TS solution local size %" PetscInt_FMT " != %" PetscInt_FMT " nm particles", n, (cEnd-cStart)*Np);
1359566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(DMSwarmGetField(dmSw, "w_q", NULL, NULL, (void **) &vals));
1369566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(VecGetArray(u, &initialConditions));
137d0c080abSJoseph Pusztay   for (c = cStart; c < cEnd; ++c) {
138d0c080abSJoseph Pusztay     for (p = 0; p < Np; ++p) {
139d0c080abSJoseph Pusztay       const PetscInt n = c*Np + p;
140d0c080abSJoseph Pusztay       for (d = 0; d < dim; d++) {
141d0c080abSJoseph Pusztay         initialConditions[n] = vals[n];
142d0c080abSJoseph Pusztay       }
143d0c080abSJoseph Pusztay     }
144d0c080abSJoseph Pusztay   }
1459566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(VecRestoreArray(u, &initialConditions));
1469566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(DMSwarmRestoreField(dmSw, "w_q", NULL, NULL, (void **) &vals));
147d0c080abSJoseph Pusztay   PetscFunctionReturn(0);
148d0c080abSJoseph Pusztay }
149d0c080abSJoseph Pusztay 
150d0c080abSJoseph Pusztay static PetscErrorCode CreateParticles(DM dm, DM *sw, AppCtx *user)
151d0c080abSJoseph Pusztay {
152d0c080abSJoseph Pusztay   PetscInt      *cellid;
153d0c080abSJoseph Pusztay   PetscInt       dim, cStart, cEnd, c, Np = user->particlesPerCell, p;
154d0c080abSJoseph Pusztay 
155d0c080abSJoseph Pusztay   PetscFunctionBeginUser;
1569566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(DMGetDimension(dm, &dim));
1579566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(DMCreate(PetscObjectComm((PetscObject) dm), sw));
1589566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(DMSetType(*sw, DMSWARM));
1599566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(DMSetDimension(*sw, dim));
1609566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(DMSwarmSetType(*sw, DMSWARM_PIC));
1619566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(DMSwarmSetCellDM(*sw, dm));
1629566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(DMSwarmRegisterPetscDatatypeField(*sw, "kinematics", dim, PETSC_REAL));
1639566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(DMSwarmRegisterPetscDatatypeField(*sw, "w_q", 1, PETSC_SCALAR));
1649566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(DMSwarmFinalizeFieldRegister(*sw));
1659566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(DMPlexGetHeightStratum(dm, 0, &cStart, &cEnd));
1669566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(DMSwarmSetLocalSizes(*sw, (cEnd - cStart) * Np, 0));
1679566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(DMSetFromOptions(*sw));
1689566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(DMSwarmGetField(*sw, DMSwarmPICField_cellid, NULL, NULL, (void **) &cellid));
169d0c080abSJoseph Pusztay   for (c = cStart; c < cEnd; ++c) {
170d0c080abSJoseph Pusztay     for (p = 0; p < Np; ++p) {
171d0c080abSJoseph Pusztay       const PetscInt n = c*Np + p;
172d0c080abSJoseph Pusztay       cellid[n] = c;
173d0c080abSJoseph Pusztay     }
174d0c080abSJoseph Pusztay   }
1759566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(DMSwarmRestoreField(*sw, DMSwarmPICField_cellid, NULL, NULL, (void **) &cellid));
1769566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(PetscObjectSetName((PetscObject) *sw, "Particles"));
1779566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(DMViewFromOptions(*sw, NULL, "-sw_view"));
178d0c080abSJoseph Pusztay   PetscFunctionReturn(0);
179d0c080abSJoseph Pusztay }
180d0c080abSJoseph Pusztay 
181d0c080abSJoseph Pusztay /*
182d0c080abSJoseph Pusztay   f_t = 1/\tau \left( f_eq - f \right)
183d0c080abSJoseph Pusztay   n_t = 1/\tau \left( \int f_eq - \int f \right) = 1/\tau (n - n) = 0
184d0c080abSJoseph Pusztay   v_t = 1/\tau \left( \int v f_eq - \int v f \right) = 1/\tau (v - v) = 0
185d0c080abSJoseph Pusztay   E_t = 1/\tau \left( \int v^2 f_eq - \int v^2 f \right) = 1/\tau (T - T) = 0
186d0c080abSJoseph Pusztay 
187d0c080abSJoseph Pusztay   Let's look at a single cell:
188d0c080abSJoseph Pusztay 
189d0c080abSJoseph Pusztay     \int_C f_t             = 1/\tau \left( \int_C f_eq - \int_C f \right)
190d0c080abSJoseph Pusztay     \sum_{x_i \in C} w^i_t = 1/\tau \left( F_eq(C) - \sum_{x_i \in C} w_i \right)
191d0c080abSJoseph Pusztay */
192d0c080abSJoseph Pusztay 
193d0c080abSJoseph Pusztay /* This computes the 1D Maxwellian distribution for given mass n, velocity v, and temperature T */
194d0c080abSJoseph Pusztay static PetscReal ComputePDF(PetscReal m, PetscReal n, PetscReal T, PetscReal v[])
195d0c080abSJoseph Pusztay {
196d0c080abSJoseph Pusztay   return (n/PetscSqrtReal(2.0*PETSC_PI*T/m)) * PetscExpReal(-0.5*m*PetscSqr(v[0])/T);
197d0c080abSJoseph Pusztay }
198d0c080abSJoseph Pusztay 
199d0c080abSJoseph Pusztay /*
200d0c080abSJoseph Pusztay   erf z = \frac{2}{\sqrt\pi} \int^z_0 dt e^{-t^2} and erf \infty = 1
201d0c080abSJoseph Pusztay 
202d0c080abSJoseph Pusztay   We begin with our distribution
203d0c080abSJoseph Pusztay 
204d0c080abSJoseph Pusztay     \sqrt{\frac{m}{2 \pi T}} e^{-m v^2/2T}
205d0c080abSJoseph Pusztay 
206d0c080abSJoseph Pusztay   Let t = \sqrt{m/2T} v, z = \sqrt{m/2T} w, so that we now have
207d0c080abSJoseph Pusztay 
208d0c080abSJoseph Pusztay       \sqrt{\frac{m}{2 \pi T}} \int^w_0 dv e^{-m v^2/2T}
209d0c080abSJoseph Pusztay     = \sqrt{\frac{m}{2 \pi T}} \int^{\sqrt{m/2T} w}_0 \sqrt{2T/m} dt e^{-t^2}
210d0c080abSJoseph Pusztay     = 1/\sqrt{\pi} \int^{\sqrt{m/2T} w}_0 dt e^{-t^2}
211d0c080abSJoseph Pusztay     = 1/2 erf(\sqrt{m/2T} w)
212d0c080abSJoseph Pusztay */
213d0c080abSJoseph Pusztay static PetscReal ComputeCDF(PetscReal m, PetscReal n, PetscReal T, PetscReal va, PetscReal vb)
214d0c080abSJoseph Pusztay {
215d0c080abSJoseph Pusztay   PetscReal alpha = PetscSqrtReal(0.5*m/T);
216d0c080abSJoseph Pusztay   PetscReal za    = alpha*va;
217d0c080abSJoseph Pusztay   PetscReal zb    = alpha*vb;
218d0c080abSJoseph Pusztay   PetscReal sum   = 0.0;
219d0c080abSJoseph Pusztay 
220d0c080abSJoseph Pusztay   sum += zb >= 0 ? erf(zb) : -erf(-zb);
221d0c080abSJoseph Pusztay   sum -= za >= 0 ? erf(za) : -erf(-za);
222d0c080abSJoseph Pusztay   return 0.5 * n * sum;
223d0c080abSJoseph Pusztay }
224d0c080abSJoseph Pusztay 
225d0c080abSJoseph Pusztay static PetscErrorCode CheckDistribution(DM dm, PetscReal m, PetscReal n, PetscReal T, PetscReal v[])
226d0c080abSJoseph Pusztay {
227d0c080abSJoseph Pusztay   PetscSection   coordSection;
228d0c080abSJoseph Pusztay   Vec            coordsLocal;
229d0c080abSJoseph Pusztay   PetscReal     *xq, *wq;
230d0c080abSJoseph Pusztay   PetscReal      vmin, vmax, neq, veq, Teq;
231d0c080abSJoseph Pusztay   PetscInt       Nq = 100, q, cStart, cEnd, c;
232d0c080abSJoseph Pusztay 
233d0c080abSJoseph Pusztay   PetscFunctionBegin;
2349566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(DMGetBoundingBox(dm, &vmin, &vmax));
235d0c080abSJoseph Pusztay   /* Check analytic over entire line */
236d0c080abSJoseph Pusztay   neq  = ComputeCDF(m, n, T, vmin, vmax);
23763a3b9bcSJacob Faibussowitsch   PetscCheck(PetscAbsReal(neq - n) <= PETSC_SMALL,PETSC_COMM_SELF, PETSC_ERR_ARG_WRONG, "Int f %g != %g mass (%g)", (double)neq, (double)n, (double)(neq-n));
238d0c080abSJoseph Pusztay   /* Check analytic over cells */
2399566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(DMGetCoordinatesLocal(dm, &coordsLocal));
2409566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(DMGetCoordinateSection(dm, &coordSection));
2419566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(DMPlexGetHeightStratum(dm, 0, &cStart, &cEnd));
242d0c080abSJoseph Pusztay   neq  = 0.0;
243d0c080abSJoseph Pusztay   for (c = cStart; c < cEnd; ++c) {
244d0c080abSJoseph Pusztay     PetscScalar *vcoords = NULL;
245d0c080abSJoseph Pusztay 
2469566063dSJacob Faibussowitsch     PetscCall(DMPlexVecGetClosure(dm, coordSection, coordsLocal, c, NULL, &vcoords));
247d0c080abSJoseph Pusztay     neq += ComputeCDF(m, n, T, vcoords[0], vcoords[1]);
2489566063dSJacob Faibussowitsch     PetscCall(DMPlexVecRestoreClosure(dm, coordSection, coordsLocal, c, NULL, &vcoords));
249d0c080abSJoseph Pusztay   }
25063a3b9bcSJacob Faibussowitsch   PetscCheck(PetscAbsReal(neq - n) <= PETSC_SMALL,PETSC_COMM_SELF, PETSC_ERR_ARG_WRONG, "Cell Int f %g != %g mass (%g)", (double)neq, (double)n, (double)(neq-n));
251d0c080abSJoseph Pusztay   /* Check quadrature over entire line */
2529566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(PetscMalloc2(Nq, &xq, Nq, &wq));
2539566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(PetscDTGaussQuadrature(100, vmin, vmax, xq, wq));
254d0c080abSJoseph Pusztay   neq  = 0.0;
255d0c080abSJoseph Pusztay   for (q = 0; q < Nq; ++q) {
256d0c080abSJoseph Pusztay     neq += ComputePDF(m, n, T, &xq[q])*wq[q];
257d0c080abSJoseph Pusztay   }
25863a3b9bcSJacob Faibussowitsch   PetscCheck(PetscAbsReal(neq - n) <= PETSC_SMALL,PETSC_COMM_SELF, PETSC_ERR_ARG_WRONG, "Int f %g != %g mass (%g)", (double)neq, (double)n, (double)(neq-n));
259d0c080abSJoseph Pusztay   /* Check omemnts with quadrature */
260d0c080abSJoseph Pusztay   veq  = 0.0;
261d0c080abSJoseph Pusztay   for (q = 0; q < Nq; ++q) {
262d0c080abSJoseph Pusztay     veq += xq[q]*ComputePDF(m, n, T, &xq[q])*wq[q];
263d0c080abSJoseph Pusztay   }
264d0c080abSJoseph Pusztay   veq /= neq;
26563a3b9bcSJacob Faibussowitsch   PetscCheck(PetscAbsReal(veq - v[0]) <= PETSC_SMALL,PETSC_COMM_SELF, PETSC_ERR_ARG_WRONG, "Int v f %g != %g velocity (%g)", (double)veq, (double)v[0], (double)(veq-v[0]));
266d0c080abSJoseph Pusztay   Teq  = 0.0;
267d0c080abSJoseph Pusztay   for (q = 0; q < Nq; ++q) {
268d0c080abSJoseph Pusztay     Teq += PetscSqr(xq[q])*ComputePDF(m, n, T, &xq[q])*wq[q];
269d0c080abSJoseph Pusztay   }
270d0c080abSJoseph Pusztay   Teq = Teq * m/neq - PetscSqr(veq);
27163a3b9bcSJacob Faibussowitsch   PetscCheck(PetscAbsReal(Teq - T) <= PETSC_SMALL,PETSC_COMM_SELF, PETSC_ERR_ARG_WRONG, "Int v^2 f %g != %g temperature (%g)", (double)Teq, (double)T, (double)(Teq-T));
2729566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(PetscFree2(xq, wq));
273d0c080abSJoseph Pusztay   PetscFunctionReturn(0);
274d0c080abSJoseph Pusztay }
275d0c080abSJoseph Pusztay 
276d0c080abSJoseph Pusztay static PetscErrorCode RHSFunctionParticles(TS ts, PetscReal t, Vec U, Vec R, void *ctx)
277d0c080abSJoseph Pusztay {
278d0c080abSJoseph Pusztay   const PetscScalar *u;
279d0c080abSJoseph Pusztay   PetscSection       coordSection;
280d0c080abSJoseph Pusztay   Vec                coordsLocal;
281d0c080abSJoseph Pusztay   PetscScalar       *r, *coords;
282d0c080abSJoseph Pusztay   PetscReal          n = 0.0, v = 0.0, E = 0.0, T = 0.0, m = 1.0, cn = 0.0, cv = 0.0, cE = 0.0, pE = 0.0, eqE = 0.0;
283d0c080abSJoseph Pusztay   PetscInt           dim, d, Np, Ncp, p, cStart, cEnd, c;
284d0c080abSJoseph Pusztay   DM                 dmSw, plex;
285d0c080abSJoseph Pusztay 
286d0c080abSJoseph Pusztay   PetscFunctionBeginUser;
2879566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(VecGetLocalSize(U, &Np));
2889566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(VecGetArrayRead(U, &u));
2899566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(VecGetArray(R, &r));
2909566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(TSGetDM(ts, &dmSw));
2919566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(DMSwarmGetCellDM(dmSw, &plex));
2929566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(DMGetDimension(dmSw, &dim));
2939566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(DMGetCoordinatesLocal(plex, &coordsLocal));
2949566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(DMGetCoordinateSection(plex, &coordSection));
2959566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(DMPlexGetHeightStratum(plex, 0, &cStart, &cEnd));
296d0c080abSJoseph Pusztay   Np  /= dim;
297d0c080abSJoseph Pusztay   Ncp  = Np / (cEnd - cStart);
298d0c080abSJoseph Pusztay   /* Calculate moments of particle distribution, note that velocity is in the coordinate */
2999566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(DMSwarmGetField(dmSw, DMSwarmPICField_coor, NULL, NULL, (void **) &coords));
300d0c080abSJoseph Pusztay   for (p = 0; p < Np; ++p) {
301d0c080abSJoseph Pusztay     PetscReal m1 = 0.0, m2 = 0.0;
302d0c080abSJoseph Pusztay 
303d0c080abSJoseph Pusztay     for (d = 0; d < dim; ++d) {m1 += PetscRealPart(coords[p*dim+d]); m2 += PetscSqr(PetscRealPart(coords[p*dim+d]));}
304d0c080abSJoseph Pusztay     n += u[p];
305d0c080abSJoseph Pusztay     v += u[p]*m1;
306d0c080abSJoseph Pusztay     E += u[p]*m2;
307d0c080abSJoseph Pusztay   }
308d0c080abSJoseph Pusztay   v /= n;
309d0c080abSJoseph Pusztay   T  = E*m/n - v*v;
31063a3b9bcSJacob Faibussowitsch   PetscCall(PetscInfo(ts, "Time %.2f: mass %.4f velocity: %+.4f temperature: %.4f\n", (double)t, (double)n, (double)v, (double)T));
3119566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(CheckDistribution(plex, m, n, T, &v));
312d0c080abSJoseph Pusztay   /*
313d0c080abSJoseph Pusztay      Begin cellwise evaluation of the collision operator. Essentially, penalize the weights of the particles
314d0c080abSJoseph Pusztay      in that cell against the maxwellian for the number of particles expected to be in that cell
315d0c080abSJoseph Pusztay   */
316d0c080abSJoseph Pusztay   for (c = cStart; c < cEnd; ++c) {
317d0c080abSJoseph Pusztay     PetscScalar *vcoords = NULL;
318d0c080abSJoseph Pusztay     PetscReal    relaxation = 1.0, neq;
319d0c080abSJoseph Pusztay     PetscInt     sp      = c*Ncp, q;
320d0c080abSJoseph Pusztay 
321d0c080abSJoseph Pusztay     /* Calculate equilibrium occupation for this velocity cell */
3229566063dSJacob Faibussowitsch     PetscCall(DMPlexVecGetClosure(plex, coordSection, coordsLocal, c, NULL, &vcoords));
323d0c080abSJoseph Pusztay     neq  = ComputeCDF(m, n, T, vcoords[0], vcoords[1]);
3249566063dSJacob Faibussowitsch     PetscCall(DMPlexVecRestoreClosure(plex, coordSection, coordsLocal, c, NULL, &vcoords));
325d0c080abSJoseph Pusztay     for (q = 0; q < Ncp; ++q) r[sp+q] = (1.0/relaxation)*(neq - u[sp+q]);
326d0c080abSJoseph Pusztay   }
327d0c080abSJoseph Pusztay   /* Check update */
328d0c080abSJoseph Pusztay   for (p = 0; p < Np; ++p) {
329d0c080abSJoseph Pusztay     PetscReal m1 = 0.0, m2 = 0.0;
330d0c080abSJoseph Pusztay     PetscScalar *vcoords = NULL;
331d0c080abSJoseph Pusztay 
332d0c080abSJoseph Pusztay     for (d = 0; d < dim; ++d) {m1 += PetscRealPart(coords[p*dim+d]); m2 += PetscSqr(PetscRealPart(coords[p*dim+d]));}
333d0c080abSJoseph Pusztay     cn += r[p];
334d0c080abSJoseph Pusztay     cv += r[p]*m1;
335d0c080abSJoseph Pusztay     cE += r[p]*m2;
336d0c080abSJoseph Pusztay     pE  += u[p]*m2;
3379566063dSJacob Faibussowitsch     PetscCall(DMPlexVecGetClosure(plex, coordSection, coordsLocal, p, NULL, &vcoords));
338d0c080abSJoseph Pusztay     eqE += ComputeCDF(m, n, T, vcoords[0], vcoords[1])*m2;
3399566063dSJacob Faibussowitsch     PetscCall(DMPlexVecRestoreClosure(plex, coordSection, coordsLocal, p, NULL, &vcoords));
340d0c080abSJoseph Pusztay   }
34163a3b9bcSJacob Faibussowitsch   PetscCall(PetscInfo(ts, "Time %.2f: mass update %.8f velocity update: %+.8f energy update: %.8f (%.8f, %.8f)\n", (double)t, (double)cn, (double)cv, (double)cE, (double)pE, (double)eqE));
3429566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(DMSwarmRestoreField(dmSw, DMSwarmPICField_coor, NULL, NULL, (void **) &coords));
3439566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(VecRestoreArrayRead(U, &u));
3449566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(VecRestoreArray(R, &r));
345d0c080abSJoseph Pusztay   PetscFunctionReturn(0);
346d0c080abSJoseph Pusztay }
347d0c080abSJoseph Pusztay 
348d0c080abSJoseph Pusztay static PetscErrorCode HGMonitor(TS ts, PetscInt step, PetscReal t, Vec U, void *ctx)
349d0c080abSJoseph Pusztay {
350d0c080abSJoseph Pusztay   AppCtx            *user  = (AppCtx *) ctx;
351d0c080abSJoseph Pusztay   const PetscScalar *u;
352d0c080abSJoseph Pusztay   DM                 sw, dm;
353d0c080abSJoseph Pusztay   PetscInt           dim, Np, p;
354d0c080abSJoseph Pusztay 
355d0c080abSJoseph Pusztay   PetscFunctionBeginUser;
356d0c080abSJoseph Pusztay   if (step < 0) PetscFunctionReturn(0);
357d0c080abSJoseph Pusztay   if (((user->ostep > 0) && (!(step % user->ostep)))) {
358d0c080abSJoseph Pusztay     PetscDrawAxis axis;
359d0c080abSJoseph Pusztay 
3609566063dSJacob Faibussowitsch     PetscCall(TSGetDM(ts, &sw));
3619566063dSJacob Faibussowitsch     PetscCall(DMSwarmGetCellDM(sw, &dm));
3629566063dSJacob Faibussowitsch     PetscCall(DMGetDimension(dm, &dim));
3639566063dSJacob Faibussowitsch     PetscCall(PetscDrawHGReset(user->drawhg));
3649566063dSJacob Faibussowitsch     PetscCall(PetscDrawHGGetAxis(user->drawhg,&axis));
3659566063dSJacob Faibussowitsch     PetscCall(PetscDrawAxisSetLabels(axis,"Particles","V","f(V)"));
3669566063dSJacob Faibussowitsch     PetscCall(PetscDrawAxisSetLimits(axis, -3, 3, 0, 100));
3679566063dSJacob Faibussowitsch     PetscCall(PetscDrawHGSetLimits(user->drawhg,-3.0, 3.0, 0, 10));
3689566063dSJacob Faibussowitsch     PetscCall(VecGetLocalSize(U, &Np));
369d0c080abSJoseph Pusztay     Np  /= dim;
3709566063dSJacob Faibussowitsch     PetscCall(VecGetArrayRead(U,&u));
371d0c080abSJoseph Pusztay     /* get points from solution vector */
3729566063dSJacob Faibussowitsch     for (p = 0; p < Np; ++p) PetscCall(PetscDrawHGAddValue(user->drawhg,u[p]));
3739566063dSJacob Faibussowitsch     PetscCall(PetscDrawHGDraw(user->drawhg));
3749566063dSJacob Faibussowitsch     PetscCall(VecRestoreArrayRead(U,&u));
375d0c080abSJoseph Pusztay   }
376d0c080abSJoseph Pusztay   PetscFunctionReturn(0);
377d0c080abSJoseph Pusztay }
378d0c080abSJoseph Pusztay 
379d0c080abSJoseph Pusztay static PetscErrorCode SPMonitor(TS ts, PetscInt step, PetscReal t, Vec U, void *ctx)
380d0c080abSJoseph Pusztay {
381d0c080abSJoseph Pusztay   AppCtx            *user  = (AppCtx *) ctx;
382d0c080abSJoseph Pusztay   const PetscScalar *u;
383d0c080abSJoseph Pusztay   PetscReal         *v, *coords;
384d0c080abSJoseph Pusztay   PetscInt           Np, p;
385d0c080abSJoseph Pusztay   DM                 dmSw;
386d0c080abSJoseph Pusztay 
387d0c080abSJoseph Pusztay   PetscFunctionBeginUser;
388d0c080abSJoseph Pusztay 
389d0c080abSJoseph Pusztay   if (step < 0) PetscFunctionReturn(0);
390d0c080abSJoseph Pusztay   if (((user->ostep > 0) && (!(step % user->ostep)))) {
391d0c080abSJoseph Pusztay     PetscDrawAxis axis;
392d0c080abSJoseph Pusztay 
3939566063dSJacob Faibussowitsch     PetscCall(TSGetDM(ts, &dmSw));
3949566063dSJacob Faibussowitsch     PetscCall(PetscDrawSPReset(user->drawsp));
3959566063dSJacob Faibussowitsch     PetscCall(PetscDrawSPGetAxis(user->drawsp,&axis));
3969566063dSJacob Faibussowitsch     PetscCall(PetscDrawAxisSetLabels(axis,"Particles","V","w"));
3979566063dSJacob Faibussowitsch     PetscCall(VecGetLocalSize(U, &Np));
3989566063dSJacob Faibussowitsch     PetscCall(VecGetArrayRead(U,&u));
399d0c080abSJoseph Pusztay     /* get points from solution vector */
4009566063dSJacob Faibussowitsch     PetscCall(PetscMalloc1(Np, &v));
401d0c080abSJoseph Pusztay     for (p = 0; p < Np; ++p) v[p] = PetscRealPart(u[p]);
4029566063dSJacob Faibussowitsch     PetscCall(DMSwarmGetField(dmSw, DMSwarmPICField_coor, NULL, NULL, (void **) &coords));
4039566063dSJacob Faibussowitsch     for (p = 0; p < Np-1; ++p) PetscCall(PetscDrawSPAddPoint(user->drawsp, &coords[p], &v[p]));
4049566063dSJacob Faibussowitsch     PetscCall(PetscDrawSPDraw(user->drawsp, PETSC_TRUE));
4059566063dSJacob Faibussowitsch     PetscCall(VecRestoreArrayRead(U,&u));
4069566063dSJacob Faibussowitsch     PetscCall(DMSwarmRestoreField(dmSw, DMSwarmPICField_coor, NULL, NULL, (void **) &coords));
4079566063dSJacob Faibussowitsch     PetscCall(PetscFree(v));
408d0c080abSJoseph Pusztay   }
409d0c080abSJoseph Pusztay   PetscFunctionReturn(0);
410d0c080abSJoseph Pusztay }
411d0c080abSJoseph Pusztay 
412d0c080abSJoseph Pusztay static PetscErrorCode KSConv(TS ts, PetscInt step, PetscReal t, Vec U, void *ctx)
413d0c080abSJoseph Pusztay {
414d0c080abSJoseph Pusztay   AppCtx            *user  = (AppCtx *) ctx;
415d0c080abSJoseph Pusztay   const PetscScalar *u;
416d0c080abSJoseph Pusztay   PetscScalar       sup;
417d0c080abSJoseph Pusztay   PetscReal         *v, *coords, T=0., vel=0., step_cast, w_sum;
418d0c080abSJoseph Pusztay   PetscInt           dim, Np, p, cStart, cEnd;
419d0c080abSJoseph Pusztay   DM                 sw, plex;
420d0c080abSJoseph Pusztay 
421d0c080abSJoseph Pusztay   PetscFunctionBeginUser;
422d0c080abSJoseph Pusztay   if (step < 0) PetscFunctionReturn(0);
423d0c080abSJoseph Pusztay   if (((user->ostep > 0) && (!(step % user->ostep)))) {
424d0c080abSJoseph Pusztay     PetscDrawAxis axis;
4259566063dSJacob Faibussowitsch     PetscCall(PetscDrawSPGetAxis(user->drawks,&axis));
4269566063dSJacob Faibussowitsch     PetscCall(PetscDrawAxisSetLabels(axis,"Particles","t","D_n"));
4279566063dSJacob Faibussowitsch     PetscCall(PetscDrawSPSetLimits(user->drawks,0.,100,0.,3.5));
4289566063dSJacob Faibussowitsch     PetscCall(TSGetDM(ts, &sw));
4299566063dSJacob Faibussowitsch     PetscCall(VecGetLocalSize(U, &Np));
4309566063dSJacob Faibussowitsch     PetscCall(VecGetArrayRead(U,&u));
431d0c080abSJoseph Pusztay     /* get points from solution vector */
4329566063dSJacob Faibussowitsch     PetscCall(PetscMalloc1(Np, &v));
4339566063dSJacob Faibussowitsch     PetscCall(DMSwarmGetCellDM(sw, &plex));
4349566063dSJacob Faibussowitsch     PetscCall(DMGetDimension(sw, &dim));
4359566063dSJacob Faibussowitsch     PetscCall(DMPlexGetHeightStratum(plex, 0, &cStart, &cEnd));
436d0c080abSJoseph Pusztay     for (p = 0; p < Np; ++p) v[p] = PetscRealPart(u[p]);
4379566063dSJacob Faibussowitsch     PetscCall(DMSwarmGetField(sw, DMSwarmPICField_coor, NULL, NULL, (void **) &coords));
438d0c080abSJoseph Pusztay     w_sum = 0.;
439d0c080abSJoseph Pusztay     for (p = 0; p < Np; ++p) {
440d0c080abSJoseph Pusztay       w_sum += u[p];
441d0c080abSJoseph Pusztay       T += u[p]*coords[p]*coords[p];
442d0c080abSJoseph Pusztay       vel += u[p]*coords[p];
443d0c080abSJoseph Pusztay     }
444d0c080abSJoseph Pusztay     vel /= w_sum;
445d0c080abSJoseph Pusztay     T = T/w_sum - vel*vel;
446d0c080abSJoseph Pusztay     sup = 0.0;
447d0c080abSJoseph Pusztay     for (p = 0; p < Np; ++p) {
448d0c080abSJoseph Pusztay         PetscReal tmp = 0.;
449d0c080abSJoseph Pusztay         tmp = PetscAbs(u[p]-ComputePDF(1.0, w_sum, T, &coords[p*dim]));
450d0c080abSJoseph Pusztay         if (tmp > sup) sup = tmp;
451d0c080abSJoseph Pusztay     }
452d0c080abSJoseph Pusztay     step_cast = (PetscReal)step;
4539566063dSJacob Faibussowitsch     PetscCall(PetscDrawSPAddPoint(user->drawks, &step_cast, &sup));
4549566063dSJacob Faibussowitsch     PetscCall(PetscDrawSPDraw(user->drawks, PETSC_TRUE));
4559566063dSJacob Faibussowitsch     PetscCall(VecRestoreArrayRead(U,&u));
4569566063dSJacob Faibussowitsch     PetscCall(DMSwarmRestoreField(sw, DMSwarmPICField_coor, NULL, NULL, (void **) &coords));
4579566063dSJacob Faibussowitsch     PetscCall(PetscFree(v));
458d0c080abSJoseph Pusztay   }
459d0c080abSJoseph Pusztay   PetscFunctionReturn(0);
460d0c080abSJoseph Pusztay }
461d0c080abSJoseph Pusztay 
462d0c080abSJoseph Pusztay static PetscErrorCode InitializeSolve(TS ts, Vec u)
463d0c080abSJoseph Pusztay {
464d0c080abSJoseph Pusztay   DM             dm;
465d0c080abSJoseph Pusztay   AppCtx        *user;
466d0c080abSJoseph Pusztay 
467d0c080abSJoseph Pusztay   PetscFunctionBeginUser;
4689566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(TSGetDM(ts, &dm));
4699566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(DMGetApplicationContext(dm, &user));
4709566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(SetInitialCoordinates(dm));
4719566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(SetInitialConditions(dm, u));
472d0c080abSJoseph Pusztay   PetscFunctionReturn(0);
473d0c080abSJoseph Pusztay }
474d0c080abSJoseph Pusztay   /*
475d0c080abSJoseph Pusztay      A single particle is generated for each velocity space cell using the dmswarmpicfield_coor and is used to evaluate collisions in that cell.
476d0c080abSJoseph Pusztay      0 weight ghost particles are initialized outside of a small velocity domain to ensure the tails of the amxwellian are resolved.
477d0c080abSJoseph Pusztay    */
478d0c080abSJoseph Pusztay int main(int argc,char **argv)
479d0c080abSJoseph Pusztay {
480d0c080abSJoseph Pusztay   TS             ts;     /* nonlinear solver */
481d0c080abSJoseph Pusztay   DM             dm, sw; /* Velocity space mesh and Particle Swarm */
482d0c080abSJoseph Pusztay   Vec            u, w;   /* swarm vector */
483d0c080abSJoseph Pusztay   MPI_Comm       comm;
484d0c080abSJoseph Pusztay   AppCtx         user;
485d0c080abSJoseph Pusztay 
486*327415f7SBarry Smith   PetscFunctionBeginUser;
4879566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(PetscInitialize(&argc, &argv, NULL, help));
488d0c080abSJoseph Pusztay   comm = PETSC_COMM_WORLD;
4899566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(ProcessOptions(comm, &user));
4909566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(CreateMesh(comm, &dm, &user));
4919566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(CreateParticles(dm, &sw, &user));
4929566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(DMSetApplicationContext(sw, &user));
4939566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(TSCreate(comm, &ts));
4949566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(TSSetDM(ts, sw));
4959566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(TSSetMaxTime(ts, 10.0));
4969566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(TSSetTimeStep(ts, 0.01));
4979566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(TSSetMaxSteps(ts, 100000));
4989566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(TSSetExactFinalTime(ts, TS_EXACTFINALTIME_MATCHSTEP));
499d0c080abSJoseph Pusztay   if (user.monitorhg) {
5009566063dSJacob Faibussowitsch     PetscCall(PetscDrawCreate(comm, NULL, "monitor", 0,0,400,300, &user.draw));
5019566063dSJacob Faibussowitsch     PetscCall(PetscDrawSetFromOptions(user.draw));
5029566063dSJacob Faibussowitsch     PetscCall(PetscDrawHGCreate(user.draw, 20, &user.drawhg));
5039566063dSJacob Faibussowitsch     PetscCall(PetscDrawHGSetColor(user.drawhg,3));
5049566063dSJacob Faibussowitsch     PetscCall(TSMonitorSet(ts, HGMonitor, &user, NULL));
505d0c080abSJoseph Pusztay   }
506d0c080abSJoseph Pusztay   else if (user.monitorsp) {
5079566063dSJacob Faibussowitsch     PetscCall(PetscDrawCreate(comm, NULL, "monitor", 0,0,400,300, &user.draw));
5089566063dSJacob Faibussowitsch     PetscCall(PetscDrawSetFromOptions(user.draw));
5099566063dSJacob Faibussowitsch     PetscCall(PetscDrawSPCreate(user.draw, 1, &user.drawsp));
5109566063dSJacob Faibussowitsch     PetscCall(TSMonitorSet(ts, SPMonitor, &user, NULL));
511d0c080abSJoseph Pusztay   }
512d0c080abSJoseph Pusztay   else if (user.monitorks) {
5139566063dSJacob Faibussowitsch     PetscCall(PetscDrawCreate(comm, NULL, "monitor", 0,0,400,300, &user.draw));
5149566063dSJacob Faibussowitsch     PetscCall(PetscDrawSetFromOptions(user.draw));
5159566063dSJacob Faibussowitsch     PetscCall(PetscDrawSPCreate(user.draw, 1, &user.drawks));
5169566063dSJacob Faibussowitsch     PetscCall(TSMonitorSet(ts, KSConv, &user, NULL));
517d0c080abSJoseph Pusztay   }
5189566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(TSSetRHSFunction(ts, NULL, RHSFunctionParticles, &user));
5199566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(TSSetFromOptions(ts));
5209566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(TSSetComputeInitialCondition(ts, InitializeSolve));
5219566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(DMSwarmCreateGlobalVectorFromField(sw, "w_q", &w));
5229566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(VecDuplicate(w, &u));
5239566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(VecCopy(w, u));
5249566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(DMSwarmDestroyGlobalVectorFromField(sw, "w_q", &w));
5259566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(TSComputeInitialCondition(ts, u));
5269566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(TSSolve(ts, u));
527d0c080abSJoseph Pusztay   if (user.monitorhg) {
5289566063dSJacob Faibussowitsch     PetscCall(PetscDrawSave(user.draw));
5299566063dSJacob Faibussowitsch     PetscCall(PetscDrawHGDestroy(&user.drawhg));
5309566063dSJacob Faibussowitsch     PetscCall(PetscDrawDestroy(&user.draw));
531d0c080abSJoseph Pusztay   }
532d0c080abSJoseph Pusztay   if (user.monitorsp) {
5339566063dSJacob Faibussowitsch     PetscCall(PetscDrawSave(user.draw));
5349566063dSJacob Faibussowitsch     PetscCall(PetscDrawSPDestroy(&user.drawsp));
5359566063dSJacob Faibussowitsch     PetscCall(PetscDrawDestroy(&user.draw));
536d0c080abSJoseph Pusztay   }
537d0c080abSJoseph Pusztay   if (user.monitorks) {
5389566063dSJacob Faibussowitsch     PetscCall(PetscDrawSave(user.draw));
5399566063dSJacob Faibussowitsch     PetscCall(PetscDrawSPDestroy(&user.drawks));
5409566063dSJacob Faibussowitsch     PetscCall(PetscDrawDestroy(&user.draw));
541d0c080abSJoseph Pusztay   }
5429566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(VecDestroy(&u));
5439566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(TSDestroy(&ts));
5449566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(DMDestroy(&sw));
5459566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(DMDestroy(&dm));
5469566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(PetscFinalize());
547b122ec5aSJacob Faibussowitsch   return 0;
548d0c080abSJoseph Pusztay }
549d0c080abSJoseph Pusztay 
550d0c080abSJoseph Pusztay /*TEST
551d0c080abSJoseph Pusztay    build:
55230602db0SMatthew G. Knepley      requires: double !complex
553d0c080abSJoseph Pusztay    test:
554d0c080abSJoseph Pusztay      suffix: 1
55530602db0SMatthew G. Knepley      args: -particles_per_cell 1 -output_step 10 -ts_type euler -dm_plex_dim 1 -dm_plex_box_faces 200 -dm_plex_box_lower -10 -dm_plex_box_upper 10 -dm_view -monitorsp
556d0c080abSJoseph Pusztay    test:
557d0c080abSJoseph Pusztay      suffix: 2
55830602db0SMatthew G. Knepley      args: -particles_per_cell 1 -output_step 50 -ts_type euler -dm_plex_dim 1 -dm_plex_box_faces 200 -dm_plex_box_lower -10 -dm_plex_box_upper 10 -dm_view -monitorks
559d0c080abSJoseph Pusztay TEST*/
560