色散与限速粒子网格算法
等离子体物理
2021-08-31 v2 计算物理
摘要
本文讨论了Werner等人[Phys. Plasmas 25, 123512 (2018)]首次处理的限速粒子网格（SLPIC）方法的连续与离散时间形式。推导并分析了一维一速度（1D1V）静电等离子体中快粒子受限速时的色散关系。通过考察该色散关系的法向模式，我们表明所施加的限速大幅降低了快电子等离子体振荡的频率，同时保留了低频等离子体动力学（例如离子声波色散与阻尼）的正确物理。然后我们展示了常规静电粒子网格方法的时间步长约束如何通过限速方法得以放宽，从而实现更大时间步长与更快的模拟。这些结果表明，SLPIC方法是建模具有以下特征的等离子体的快速、准确且强有力的技术：其中电子动力学行为非平凡（以至于对电子的流体/Boltzmann表示不充分）但演化处于离子时间尺度上。
引用
@article{arxiv.2102.11988,
title = {Dispersion and the Speed-Limited Particle-in-Cell Algorithm},
author = {Thomas G. Jenkins and Gregory R. Werner and John R. Cary},
journal= {arXiv preprint arXiv:2102.11988},
year = {2021}
}
备注
29 pages, 6 figures