采用半隐式时间积分的碰撞磁化等离子体动力学模拟
计算工程、金融与科学
2017-07-27 v1 计算物理
摘要
具有变化碰撞性的等离子体出现在许多应用中，例如托卡马克边缘区域，那里的流动以密度和温度的显著变化为特征。虽然动力学模型对于弱碰撞高温等离子体是必要的，但较冷区域的高碰撞性由于时间尺度差异巨大而导致方程在数值上变得刚性。在本文中，我们为此类情况提出了一种隐式-显式算法，其中碰撞项在时间上隐式积分，而对流项在时间上显式积分，从而允许使用与对流时间尺度相当的时间步长。这种划分产生的算法比使用显式时间积分器的算法更高效，后者的时间步长受刚性碰撞时间尺度的限制。我们在COGENT（一种用于映射多块网格的有限体积回旋动力学代码）中实现了半隐式加性Runge-Kutta方法，并针对高碰撞等离子体的测试案例，测试了这些半隐式方法的精度、收敛性和计算成本。
引用
@article{arxiv.1707.08247,
title = {Kinetic Simulation of Collisional Magnetized Plasmas with Semi-Implicit Time Integration},
author = {Debojyoti Ghosh and Mikhail A. Dorf and Milo R. Dorr and Jeffrey A. F. Hittinger},
journal= {arXiv preprint arXiv:1707.08247},
year = {2017}
}