一种具有漂移动力学电子和完全动力学离子的准中性电磁混合模型

本文提出了一种在准中性假设下将漂移动力学电子与完全动力学离子组合的混合模型，使用几何粒子-in-cell 框架在双网格上进行离散化。该模型直接推进扰动电磁场 $E$ 和 $B$，而非标量势和矢量势。沿向电场 $E_\parallel$ 依据欧姆定律获得。垂直电场 $E_\perp$ 通过从漂移动力学电子电流中提取 $E_\perp$ 依赖分量来计算阿尔芬定律。准中性约束消除系统中的高频光波和朗穆尔波。使用低存储 Runge-Kutta 方法进行时间离散化。在该准中性混合模型中，右旋波分支表现出类似 whistler 的色散关系，这施加了严格的时间步长限制。为解决此问题，我们发展了一种用于法拉第定律的新型隐式-显式分裂方案，显著放松了时间步长稳定性限制。该模型在平板几何中通过再现冷等离子体波分支、离子伯恩斯波、压缩性和剪切 Alfv\'en 波以及离子声波来进行验证。