非线性 Boltzmann 方程守恒谱求解器的多学科基准测试
等离子体物理
2023-08-09 v1 计算物理
摘要
Boltzmann 方程描述了经典粒子在二元碰撞下相空间概率分布的演化。对其的近似构成了多个学术领域的基础，包括空气动力学与等离子体物理。尽管这些近似在各自领域中是恰当的，但在一些冷门但多样的应用中可能被违背，这要求对原始非线性 Boltzmann 方程进行直接数值求解。本文采用 Galerkin-Petrov 守恒谱算法的扩展实现来研究各类物理问题。借助分布式预计算，空间均匀 Boltzmann 方程在现代个人硬件上可在数秒内求解，而空间非均匀问题可在数分钟内求解。本文针对若干领域（包括弱电离等离子体、气体流体和原子-等离子体相互作用）给出了与解析理论预测及其他 Boltzmann 求解器的多项基准对比。
引用
@article{arxiv.2208.05428,
title = {Multidisciplinary benchmarks of a conservative spectral solver for the nonlinear Boltzmann equation},
author = {George J. Wilkie and Torsten Keßler and Sergej Rjasanow},
journal= {arXiv preprint arXiv:2208.05428},
year = {2023}
}
备注
17 pages, 5 figures, 1 table