基于矩方法的改进 Sugama 碰撞算子的数值实现
等离子体物理
2022-10-05 v2
摘要
本文报道了近期由 Sugama 等人 [Phys. Plasmas 26, 102108 (2019)] 提出的线性化回旋动理学（GK）和漂移动理学（DK）改进 Sugama（IS）碰撞算子的数值实现。IS 碰撞算子将广泛使用的原始 Sugama（OS）算子 [Sugama 等人, Phys. Plasmas 16, 112503 (2009)] 的有效范围扩展到了 Pfirsch-Schlüter 碰撞率区间。利用我们所指的回旋矩方法——即对扰动回旋中心分布函数进行 Hermite-Laguerre 速度空间分解——IS 碰撞算子被写成依赖于碰撞物种的质量与温度比以及垂直波数的代数系数形式。对 IS、OS 和库仑碰撞算子进行了比较，表明在 H 模台基条件下的俘获电子模（TEM）情形中，IS 碰撞算子比 OS 算子更能逼近库仑碰撞算子。此外，IS 算子导致的带状流（ZF）残差水平介于库仑与 OS 碰撞算子之间。还表明 IS 算子所预测的平行电导率与库仑算子的偏差在 1% 以内，而 OS 算子至少低估平行电子电流 10%。最后，给出了 IS、OS 和库仑算子最低阶回旋矩的闭合解析公式，可直接用于描述简化回旋矩流体模型中的碰撞效应。
引用
@article{arxiv.2202.06293,
title = {Numerical Implementation of the Improved Sugama Collision Operator Using a Moment Approach},
author = {B. J. Frei and S. Ernst and P. Ricci},
journal= {arXiv preprint arXiv:2202.06293},
year = {2022}
}