精确能量守恒半隐式（ECsim）粒子胞中方法实现的进展
等离子体物理
2023-01-24 v1 天体物理仪器与方法
摘要
由Lapenta于2017年提出的能量守恒半隐式方法（ECsim）是一种用于等离子体模拟的粒子胞中（PIC）算法。能量守恒在半隐式公式中实现，无需任何非线性求解器。引入质量矩阵以线性表达粒子-场耦合。借助质量矩阵，该算法以机器精度保持能量守恒。质量矩阵的构建是该方法的本质核心，也是计算周期的主要开销。我们在此分析三种修改质量矩阵构建的方法。首先，我们考虑粒子运动的子循环如何修改质量矩阵。其次，我们引入一种平滑形式，在保持精确能量守恒的同时降低噪声。最后，我们讨论质量矩阵的一种近似，其将ECsim格式转化为隐式矩方法。
引用
@article{arxiv.2301.08985,
title = {Advances in the Implementation of the Exactly Energy Conserving Semi-Implicit (ECsim) Particle in Cell Method},
author = {Giovanni Lapenta},
journal= {arXiv preprint arXiv:2301.08985},
year = {2023}
}