一种高效、守恒、时间隐式的任意物种完全动力学 1D-2V Vlasov-Ampère 系统求解器
等离子体物理
2020-07-13 v4 计算物理
摘要
我们考虑用时间隐式欧拉算法求解任意物种数、一维物理空间与二维速度空间（1D-2V）的完全动力学（含电子）Vlasov-Ampère 系统。针对差异显著的热速度与体速度的速度空间网格划分问题，通过对每一物种的 Vlasov 方程进行自适应坐标变换来处理，随后对该方程（包括由此产生的惯性项）进行离散化。质量、动量与能量守恒，且通过一组非线性约束函数在迭代求解器的非线性收敛容差内强制满足高斯定律，同时允许在时间、构型与速度空间的离散化选择上具有显著灵活性。我们通过使用高阶/低阶（HOLO）加速迭代隐式求解器，缓解了例如由等离子体频率引入的时间刚性。我们给出了若干不同复杂程度典型问题的数值结果，包括多尺度离子声激波问题，证明了该格式的有效性、准确性与高效性。
引用
@article{arxiv.1910.02099,
title = {An efficient, conservative, time-implicit solver for the fully kinetic arbitrary-species 1D-2V Vlasov-Amp\`ere system},
author = {Steven E. Anderson and William T. Taitano and Luis Chacón and Andrei N. Simakov},
journal= {arXiv preprint arXiv:1910.02099},
year = {2020}
}