J03 Closure and Step
测试目标
给定参考密度、面通量、面积、体积和源损数据，依次核对面输运系数、稳定步长、 一次更新后的密度及残差。每个子测试使用可以直接手算的小数组。
文件与被测过程
测试文件位于 tests/012_fluid/J03_neutral_continuity_faceflux_2Drz/source_f90；
正式源码位于 J_Fluid/J03_neutral_continuity_faceflux_2Drz。
测试文件 |
被测过程 |
检查什么 |
|---|---|---|
|
|
迎风侧选择、稳定步长、单步公式、残差及错误输入 |
闭合初始化在 sub_J03_transport_closure.f90；
时间推进、残差和收支计算在 sub_J03_continuity_solver.f90。
每个子测试独立构造输入。其公共调用顺序为：
设置有效单元、面类型、几何量和参考场。
调用
sub_J03_initialize_transport_closure，生成面系数并保存参考数据。设置当前密度与源项，调用本项需要的步长、单步或残差过程。
将输出与下列参考值逐项核对。
参考密度用于构造面系数；当前密度用于计算本步通量，两者在测试中分别指定。
1. 从参考通量确定迎风系数
test_upwind_closure_signs 使用三个单元，参考密度为 [2,4,8]，
两个内部面参考通量为 [6,−12]。通量正方向沿坐标增加方向。
面系数用参考通量除以迎风侧参考密度：
测试检查这两个数值，绝对容差为 \(10^{-13}\)。 正通量从左单元取参考密度，负通量从右单元取参考密度。
实测结果。
核对量 |
计算值 |
参考值 |
误差 |
容差 |
|---|---|---|---|---|
正通量面系数 |
3 |
6/2 = 3 |
0 |
1e−13 |
负通量面系数 |
−1.5 |
−12/8 = −1.5 |
0 |
1e−13 |
2. 核对稳定时间步
test_exact_cfl 使用体积 \(V=6\)、出口面积 \(A=3\)、
参考密度 2、参考出射通量 4。出口系数是 \(u=4/2=2\)，
损失频率 \(\nu=1\)，安全系数 \(C=0.8\)。
当前实现采用含损失项的保守步长：
调用 sub_J03_compute_stable_timestep 后，返回步长与 0.4 的差须小于
\(10^{-13}\)。
实测结果。
核对量 |
计算值 |
参考值 |
误差 |
容差 |
|---|---|---|---|---|
稳定时间步 |
0.4 |
0.4 |
0 |
1e−13 |
3. 核对单步公式及残差
test_step_and_residual_formula 使用体积 \(V=6\)，给定当前密度 \(n^q=3\)、
体源 \(S=4\)、损失频率 \(\nu=1\)、时间步 \(\Delta t=0.5\)。
低端入射通量为 2、面积为 3；高端出口系数为 2、面积为 1。
在当前密度处，流入和流出粒子率均为 6，所以散度 \(D(n^q)=0\)。
源项显式、损失项隐式的单步结果应为
在 旧密度 \(n^q=3\) 上计算的稳态残差则是
先调用 sub_J03_continuity_step 核对新密度，再对旧密度调用
sub_J03_compute_residual 核对局部残差及体积分。
三项均使用绝对容差 \(10^{-13}\)。残差符号为“流出散度 + 损失 − 源”。
实测结果。
核对量 |
计算值 |
参考值 |
误差 |
容差 |
|---|---|---|---|---|
更新后密度 |
3.333333333 |
10/3 |
0 |
1e−13 |
旧密度的局部残差 |
−1 |
−1 |
0 |
1e−13 |
残差体积分 |
−6 |
−6 |
0 |
1e−13 |
4. 检查边界及错误输入
子测试 |
输入条件 |
必须得到的结果 |
|---|---|---|
|
轴面面积为零、体积为正 |
初始化成功 |
|
没有邻居的域边界标为内部面 |
|
|
仅允许一次不足以收敛的迭代 |
未收敛错误、 |
|
输入密度 −2，分别启用和关闭截断 |
开启时截为零；关闭时返回负输入错误 |
实测结果。
输入 |
实际返回值 |
预期返回值 |
|---|---|---|
非法内部面 |
104 |
J03_ERR_FACE_TYPE = 104 |
单次迭代上限 |
106 / F / 1 |
106 / F / 1 |
开启截断后的密度 |
0 |
0 |
关闭截断、输入负密度 |
103 |
J03_ERR_NEGATIVE_INPUT = 103 |
截断选项把负值置零，会改变粒子总数。完整应用的结果验收会检查两阶段密度，要求有效单元中的值有限且非负。
运行与判定
bash tests/012_fluid/J03_neutral_continuity_faceflux_2Drz/run.sh
脚本先运行四个局部、时间演化和配置测试，再运行两个跨模块串联程序，日志写入 build/*.log。
每个程序必须没有失败断言并以零状态退出。
本页对应日志为 build/test_J03_continuity_units.log，2026-10-06 全部通过。
下一页在同一单步过程上增加时间循环，检查解析时间解、平衡解与收支。
Scope and source mapping
The tests under J03_neutral_continuity_faceflux_2Drz/source_f90 check
closure coefficients, timestep selection, one-step evolution and residuals from prescribed small arrays.
Closure initialization is in sub_J03_transport_closure.f90;
time evolution and diagnostics are in sub_J03_continuity_solver.f90.
Local worked references
test_J03_continuity_units.f90 checks:
Reference densities [2,4,8] and internal fluxes [6,-12] give upwind coefficients [3,-1.5], with absolute tolerance 1e-13.
For volume 6, outlet area 3, outlet coefficient 2, loss 1 and CFL 0.8, the selected timestep is \(0.8/(3\times2/6+1)=0.4\).
With density 3, source 4, loss 1, zero net flux and timestep 0.5, the new density is \((3+0.5\times4)/1.5=10/3\). The old-field residual is -1 and its volume integral is -6.
Axis zero area is valid. Invalid topology, nonconvergence and negative inputs return specific errors. Optional clipping is tested as behavior, not claimed conservative.
Measured results.
Quantity |
Computed |
Reference |
Error |
Limit |
|---|---|---|---|---|
Upwind coefficients |
3 / −1.5 |
3 / −1.5 |
0 |
1e−13 |
Stable timestep |
0.4 |
0.4 |
0 |
1e−13 |
New density |
3.333333333 |
10/3 |
0 |
1e−13 |
Old residual / integral |
−1 / −6 |
−1 / −6 |
0 |
1e−13 |
Observed codes were 104 (topology), 106 (one iteration, not converged), and 103 (negative input without clipping). Clipping returned density zero.
Execution
bash tests/012_fluid/J03_neutral_continuity_faceflux_2Drz/run.sh
The Fortran runner executes four local/setup programs, then two integration programs and writes build/*.log.
All assertions and process exit statuses must indicate success.
This page corresponds to build/test_J03_continuity_units.log; all checks passed on 2026-10-06.