在局部回旋动力学模拟中模拟背景剪切流
等离子体物理
2019-01-16 v4
摘要
局部回旋动力学模拟在均匀背景梯度下求解回旋动力学方程，通常采用（x,y）平面（即垂直于场线）上的双周期域。空间傅里叶表示在局部回旋动力学代码中几乎通用，而波矢重映射方法在[Hammett et. al., Bull Am Phys Soc VP1 136, (2006)]中被提出，作为一种在傅里叶表示中表达带背景剪切流的局部回旋动力学方程的简单方法。尽管被广泛应用，波矢重映射方法尚未被严格证明收敛，并且在实空间中绘制解时存在已知的非物理性[Fox et. al. PPCF 59, 044008]。本工作中，我们利用平板几何中的解析解证明波矢重映射导致模态间错误的平滑非线性耦合。我们推导出一种正确的、相对简单的方法，用于在傅里叶空间中求解带背景剪切流的局部回旋动力学方程，并将其与波矢重映射方法比较。这使我们能表明波矢重映射中的误差可视为非线性项中波数空间里不正确的取整。通过对非线性项做微小修改，我们在GENE[25]代码中实现了修正的波矢重映射方案，并针对标准非线性基准案例比较原始与修正波矢重映射的结果。某些物理现象受原始重映射方案误差的影响，且这些数值伪影不随系统尺寸增大而减小：即原始波矢重映射方案不收敛到正确结果。
引用
@article{arxiv.1711.03830,
title = {Simulating background shear flow in local gyrokinetic simulations},
author = {B. F. McMillan and J. Ball and S. Brunner},
journal= {arXiv preprint arXiv:1711.03830},
year = {2019}
}