基于 Newton-Krylov 的全隐式静电粒子模拟中的流体预条件
等离子体物理
2015-06-17 v1 数值分析
计算物理
摘要
最近的一项原理验证研究提出了一种在一维空间中能量和电荷守恒的非线性隐式静电粒子模拟 (PIC) 算法 [Chen et al, J. Comput. Phys., 230 (2011) 7018]。参考文献中的算法采用了一种无预条件的无雅可比 Newton-Krylov 方法，该方法确保了每个时间步的非线性收敛（解析了感兴趣的动力学时标）。动力学束缚 (Kinetic enslavement) 是该算法的一个关键组成部分，它不仅使全隐式 PIC 成为一种可行的方法，还允许使用流体近似对动力学求解器进行预条件。本研究提出了这样一种预条件器，其中线性化矩方程通过从粒子计算的矩来封闭。我们在均匀和非均匀网格上均展示了线性 GMRES 求解的有效加速。该算法的性能在很大程度上对电子 - 离子质量比不敏感。数值实验是在一个一维多尺度离子声波测试问题上进行的。
引用
@article{arxiv.1309.6243,
title = {Fluid preconditioning for Newton-Krylov-based, fully implicit, electrostatic particle-in-cell simulations},
author = {Guangye Chen and Luis Chacon and Christopher A Leibs and Dana A Knoll and William Taitano},
journal= {arXiv preprint arXiv:1309.6243},
year = {2015}
}
备注
21 pages, 8 figures