使用Gross-Pitaevskii方程进行量子湍流模拟：高性能计算与新的数值基准
流体动力学
2022-11-15 v1 其他凝聚态物理
数值分析
数值分析
摘要
本文关注由Gross-Pitaevskii（GP）方程描述的量子湍流（QT）的数值研究。数值模拟使用基于伪谱空间离散化和二阶分裂时间积分的并行（MPI-OpenMP）代码执行。我们从高性/高精度计算框架出发，重访基于经典涡流的已知GP-QT设置：Taylor-Green（TG）涡和Arnold-Beltrami-Childress（ABC）流。提出两种新设置用于构建QT模拟的初始条件。它们基于对波函数的直接操控，生成平滑随机相位（SRP）场或播撒随机涡环（RVR）对。新初始条件相比TG和ABC方法更易于实现，同时生成统计等价的QT场。这四种GP-QT设置均通过定义相应基准进行了详细描述，可用于验证/校准新的GP代码。我们全面描述了每个基准的数值与物理参数。我们详细分析结果并给出主要感兴趣量（能量、螺旋度等）的数值、谱和结构函数，这些对描述湍流有用。尽管初始态多样，仍识别出QT的一些普遍特征。
引用
@article{arxiv.2003.03590,
title = {Quantum turbulence simulations using the Gross-Pitaevskii equation: high-performance computing and new numerical benchmarks},
author = {Michikazu Kobayashi and Philippe Parnaudeau and Francky Luddens and Corentin Lothode and Luminita Danaila and Marc Brachet and Ionut Danaila},
journal= {arXiv preprint arXiv:2003.03590},
year = {2022}
}
备注
61 pages, 21 figures