一套用于验证三维粒子网格方法的基准测试
计算物理
2021-05-19 v1 等离子体物理
摘要
虽然粒子网格（PIC）方法已经相当成熟，但新方法和单个代码的验证与确认主要集中于少数几个测试用例的特异性选择。这些测试用例中的许多涉及一维或二维模拟。这要么是由于（准）解析解的可用性，要么是历史原因。此外，测试通常侧重于研究特定的物理问题，例如粒子发射或碰撞，并且不一定研究完整功能PIC代码所需算法套件的综合影响。随着三维（3D）代码成为常态，缺乏能够建立这些代码有效性的基准测试；现有论文要么没有深入探讨数值实验的细节，要么提供了其他可测量的数值指标（如噪声），这些指标是模拟的结果。本文旨在提供几个可用于三维粒子网格代码验证和基准测试的测试用例。我们专注于无碰撞的例子，并且可以用合理的计算能力运行。详细介绍了四个测试用例；这些包括基本粒子运动、束流扩展、等离子体绝热扩展和双流不稳定性。所有呈现的案例要么与现有解析数据进行比较，要么与其他代码进行比较。我们预计这些案例应有助于填补基准测试和验证问题的空白，并有助于新粒子网格代码的开发。
引用
@article{arxiv.2101.09299,
title = {A Set of Benchmark Tests for Validation of 3D Particle In Cell Methods},
author = {S. O'Connor and Z. D. Crawford and J. Verboncoeur and J. Lugisland and B. Shanker},
journal= {arXiv preprint arXiv:2101.09299},
year = {2021}
}