SoPlasmaFoam：一个基于OpenFOAM的具有自适应网格细化的流光和介质阻挡放电求解器

SoPlasmaFoam是一个基于OpenFOAM构建的开源多区域等离子体-电介质求解器，集成了PETSc线性代数套件（CPU和GPU后端）、blastAMR自适应网格细化库（六面体和多面体网格）以及ROUND系列高分辨率对流格式。它求解带电粒子的漂移-扩散-反应输运，与泊松方程显式或半隐式自洽耦合，等离子体和电介质区域通过单片多域耦合连接，适用于任意弯曲界面。这项工作做出了三个贡献。首先，对刚性标量平流问题和正流光基准上的对流格式的系统评估表明，Scharfetter-Gummel格式稳定但在粗网格上过度扩散，而ROUNDF优于所有测试的TVD限制器，推荐用于流光输运。其次，对泊松-输运耦合的分析表明，定点校正循环对精度至关重要，半隐式泊松公式并不能消除这一要求，并且即使Courant数和电介质弛豫数远低于1，也必须加强耦合。第三，引入了一种作用于离散矩阵系数的漂移鲁棒壁边界条件，在传统混合边界映射失效的漂移主导极限下保持准确。该求解器针对低压直流辉光放电和正流光基准进行了验证，其多区域能力在纳秒表面介质阻挡放电上得到了证明。性能分析证实了内存受限的有限体积扩展，并表明使用AMR时，该求解器与报道的最快等离子体代码具有竞争力。该框架为等离子体辅助燃烧、等离子体处理和基于等离子体的流动控制中的多物理场模拟提供了模块化基础。