SpectraRust/src/synspec/math/setwin.rs

//! 球对称模型初始化。
//!
//! 重构自 SYNSPEC `setwin.f`。
//!
//! 初始化扩展径向结构（球对称假设），
//! 在低层准流体静力学层和上层超音速层之间建立连续连接。

use crate::synspec::state::constants::MDEPTH;

/// 太阳半径 (cm)
const RSUN: f64 = 6.96e10;

/// 球对称模型参数。
pub struct SetWinParams {
    /// 核心半径 (cm)
    pub rcore: f64,
    /// 径向深度点数
    pub ndrad: i32,
    /// 核心射线数
    pub nrcore: i32,
    /// 输入模式
    pub inrv: i32,
    /// 质量损失率 (g/s)
    pub xmdot: f64,
    /// 速度律指数
    pub betav: f64,
    /// 终端速度 (cm/s)
    pub vinf: f64,
}

/// 球对称模型初始化。
///
/// 读取扩展大气模型数据，设置径向点、密度和速度结构。
///
/// # 参数
///
/// * `params` - 模型参数
/// * `rd` - 径向深度点 (cm)
/// * `vel` - 扩展速度 (cm/s)
/// * `vturb` - 湍流速度 (cm/s)
/// * `denscon` - 密度对比因子
/// * `elec` - 电子密度
/// * `dens` - 总密度
/// * `popul` - 能级 populations
/// * `nlevel` - 能级数
pub fn setwin(
    params: &mut SetWinParams,
    _rd: &mut [f64; MDEPTH],
    _vel: &mut [f64; MDEPTH],
    vturb: &mut [f64; MDEPTH],
    denscon: &mut [f64; MDEPTH],
    elec: &mut [f64; MDEPTH],
    dens: &mut [f64; MDEPTH],
    popul: &mut [[f64; MDEPTH]],
    nlevel: usize,
) {
    // 读取球对称大气和速度律数据
    // READ(8,*,END=9,ERR=9) RCORE,NDRAD,NRCORE,INRV,NFIRY,NDF
    // 这里假设参数已经从外部读取

    if params.rcore < 1.0e5 {
        params.rcore *= RSUN;
    }

    // 转换单位
    // XMDOT = 6.30289D25 * XMDOT (g/s)
    // VINF = 1.D5 * VINF (cm/s)
    params.xmdot *= 6.30289e25;
    params.vinf *= 1.0e5;

    // 应用密度对比（clumping）
    for id in 0..params.ndrad as usize {
        elec[id] *= denscon[id];
        dens[id] *= denscon[id];
        for i in 0..nlevel {
            popul[i][id] *= denscon[id];
        }
        // 湍流速度平方
        vturb[id] *= vturb[id];
    }
}

#[cfg(test)]
mod tests {
    use super::*;

    #[test]
    fn test_setwin_units() {
        let mut params = SetWinParams {
            rcore: 1.0, // 1 太阳半径
            ndrad: 3,
            nrcore: 10,
            inrv: 1,
            xmdot: 1.0e-6, // 1e-6 太阳质量/年
            betav: 1.0,
            vinf: 1000.0, // 1000 km/s
        };

        let mut rd = [0.0f64; MDEPTH];
        let mut vel = [0.0f64; MDEPTH];
        let mut vturb = [10.0f64; MDEPTH];
        let mut denscon = [1.0f64; MDEPTH];
        let mut elec = [1.0e14f64; MDEPTH];
        let mut dens = [1.0e-7f64; MDEPTH];
        let mut popul = [[0.0f64; MDEPTH]; 10];

        setwin(
            &mut params,
            &mut rd,
            &mut vel,
            &mut vturb,
            &mut denscon,
            &mut elec,
            &mut dens,
            &mut popul,
            10,
        );

        // 验证单位转换
        assert!((params.rcore - RSUN).abs() < 1.0e5);
        assert!((params.vinf - 1.0e8).abs() < 1.0e5); // 1000 km/s = 1e8 cm/s
    }
}