经典鞘层的连续动力学与多流体模拟

等离子体鞘层的动力学研究至关重要，可用于理解热沉积在壁上的效应、溅射效应以及等离子体被有害杂质污染的情况。等离子体鞘层还提供边界条件，往往对体等离子体产生显著的全球性影响。在本文中，使用连续代码 Gkeyll 对经典鞘层进行了动力学研究，该代码直接求解 Vlasov-Poisson/Maxwell 方程。该代码采用了一种在连续时间极限下守恒能量的新型有限元不连续 Galerkin (DG) 格式。静电场通过泊松方程计算。包含了电离和散射碰撞，但忽略了表面效应。本工作旨在引入连续动力学方法，并将其结果与 Gkeyll 中已建立的有限体积多流体模型的结果进行比较。流体上的新型边界条件使得鞘层无需指定壁通量即可形成，因此流体和场在壁处自洽调整。本文工作表明动力学和流体结果在动量通量上一致，表明在某些区域，多流体模型可以是模拟等离子体边界的有效近似。流体和动力学结果之间在静电势上存在差异。此外，这里给出的分布函数的直接解揭示了鞘层中电子的非麦克斯韦分布，强调了动力学模型的必要性。