面向Vlasov-Maxwell系统的显式高阶非正则辛粒子网格算法
等离子体物理
2016-03-15 v2
摘要
针对由Vlasov-Maxwell方程控制的经典粒子-场系统，开发了显式高阶非正则辛粒子网格（particle-in-cell）算法。该算法守恒源于粒子-场系统拉格朗日量的离散非正则辛结构，该结构在粒子上自然离散。电磁场使用离散外微积分方法结合针对立方网格的高阶插值微分形式进行空间离散。所得时域拉格朗日量呈现非正则辛结构。它也是规范不变且守恒电荷的。随后利用He等人发现的分裂方法求解该系统，该方法产生五个可精确求解的子系统，通过组合得到高阶保结构算法。该算法的显式、高阶和守恒特性特别适用于在大规模并行超级计算机上对具有极大量自由度的粒子-场系统进行长期模拟。算法已通过两个物理问题——即非线性朗道阻尼和电子伯恩斯坦波——进行了测试和验证。
引用
@article{arxiv.1510.06972,
title = {Explicit high-order non-canonical symplectic particle-in-cell algorithms for Vlasov-Maxwell systems},
author = {Jianyuan Xiao and Hong Qin and Jian Liu and Yang He and Ruili Zhang and Yajuan Sun},
journal= {arXiv preprint arXiv:1510.06972},
year = {2016}
}