降阶粒子网格方案的最新进展：II. 准三维实现与验证

在许多等离子体应用中，所涉及的过程及其相互作用通常表现出三维特征。此外，等离子体系统的全局性质和演化往往由逆能量级联过程决定，其中微观尺度的动力学等离子体过程相互作用并导致宏观相干结构的产生。这些结构可能对等离子体放电的稳定性产生重大影响，对等离子体技术的运行和性能造成不利影响。动力学粒子网格方法提供了足够的保真度来捕捉这些过程和现象。然而，能够经济有效地克服维数灾难并实现全尺度、实时意义模拟的三维粒子网格模拟仍然难以实现。为了解决传统粒子网格方案巨大的计算成本问题，计算高效的降阶粒子网格方法为真实尺寸等离子体系统的三维模拟提供了一条可行路径。本第二部分论文建立在第一部分对降阶粒子网格基础公式的改进之上，并将新颖的“一阶”降阶粒子网格公式扩展到三维。本文在模块层面（准三维降维泊松求解器）和全局粒子网格代码层面，对拟三维实现进行了全面验证。所使用的等离子体测试用例对应于第一部分中研究的二维配置的三维版本，包括对二极管不稳定性问题的三维扩展。对拟三维降阶粒子网格的详细验证确认了其保持了预期的效率和精度水平，展示了该方法能够无差别地复现全三维模拟结果的能力。