用于霍尔推力器建模的广义降阶粒子模拟格式:概念及在轴向-方位角构型中的深入验证
等离子体物理
2022-08-30 v1 计算物理
摘要
降阶粒子模拟(PIC)格式是一种新颖的建模方法,能够实现计算高效的等离子体静电动力学模拟。在我们先前的出版物中,我们展示了该 PIC 格式的初步实现在接近传统多维 PIC 模拟的方式下求解霍尔推力器中多维等离子体过程的潜力。本工作中,我们首先引入泊松方程降维的数学成熟表述,从而实现广义的“准多维”PIC 格式。我们给出证明:降维泊松方程在极限下收敛于多维泊松方程。随后,将一个融合降维表述的降维泊松求解器针对一般二维泊松问题进行了验证。接下来,我们给出使用广义降阶静电 PIC 格式进行的若干准二维轴向-方位角模拟结果。我们表明,降阶 PIC 表述的改进显著增强了其预测能力,使得该方法在低阶二维问题近似下于若干条件下能相当准确地复现参考全二维 PIC 模拟的结果。此外,高阶近似使我们能够通过计算成本降低数倍的模拟,恢复文献中报道的关于霍尔推力器方位角不稳定性的相同特征与行为。最后,我们讨论了一系列敏感性分析,包括阴极边界条件和方位角域长度对准二维模拟预测的影响。据此,我们在结论中概述了面向霍尔推力器物理高性价比三维研究的降阶格式正在进行的工作。
引用
@article{arxiv.2208.13106,
title = {Generalized reduced-order particle-in-cell scheme for Hall thruster modeling: concept and in-depth verification in the axial-azimuthal configuration},
author = {Maryam Reza and Farbod Faraji and Aaron Knoll},
journal= {arXiv preprint arXiv:2208.13106},
year = {2022}
}
备注
36 pages, 33 figures