PIFE-PIC:用于等离子体-材料相互作用三维动力学模拟的并行浸没有限元粒子胞方法
数学软件
2020-11-23 v1 计算工程、金融与科学
摘要
本文介绍近期开发的粒子模拟代码包 PIFE-PIC,这是一种新颖的三维(3-D)并行浸没有限元(IFE)粒子胞(PIC)模拟模型,用于等离子体-材料相互作用的粒子模拟。该框架基于近期开发的非均匀静电 IFE-PIC 算法,旨在利用基于笛卡尔网格的 PIC 处理与不规则几何相关的复杂等离子体-材料界面条件。三维区域分解被用于带 IFE 的静电场求解器与 PIC 中的粒子操作,以在多处理器间分配计算。通过对浸入静止等离子体的介电球轨道运动限制(OML)鞘层的模拟验证了 PIFE-PIC 并分析了代码包的并行性能。此外,给出了包含 200 万 PIC 单元(1000 万 FE/IFE 单元)及约 5.2 亿粒子的月球陨石坑等离子体充电大规模模拟,以约 109 挂钟小时运行 20000 个 PIC 步,展示了 PIFE-PIC 的高性能计算能力。
引用
@article{arxiv.2011.10214,
title = {PIFE-PIC: Parallel Immersed-Finite-Element Particle-In-Cell For 3-D Kinetic Simulations of Plasma-Material Interactions},
author = {Daoru Han and Xiaoming He and David Lund and Xu Zhang},
journal= {arXiv preprint arXiv:2011.10214},
year = {2020}
}