谱加速的边缘与刮削层回转动理学湍流模拟
等离子体物理
2024-11-15 v1
摘要
本文首次在 full-f 回转动理学(GK)程序 GENE-X 中,采用速度空间谱方法实现了边缘与刮削层(SOL)湍流的 GK 模拟加速。在原有网格速度空间离散的基础上,我们推导并实现了一种新的谱格式,并利用制造解法验证了数值实现。我们以 TCV-X21 基准案例 [Oliveira D. S. et al., Nucl. Fusion 62, 096001 (2022)] 为对象开展了一系列谱湍流模拟,并将结果与先前经过验证的网格模拟结果 [Ulbl P. et al., Phys. Plasmas 30, 107986 (2023)] 进行了比较。谱方法重现了由捕获电子模(TEM)湍流主导的外侧中平面(OMP)分布(密度、温度和径向电场),两者高度吻合且所需速度空间分辨率显著降低。因此,谱方法将计算成本降低了至少一个数量级,在 TCV-X21 案例中实现了约 50 倍的加速。这使得在基于现代 CPU 的超级计算机上,仅需数天即可完成中型装置的高保真 GK 模拟,并确立了 GENE-X 作为研究边缘与 SOL 湍流的强大工具的地位,从而向 ITER 等反应堆相关装置迈进。
引用
@article{arxiv.2411.09232,
title = {Spectrally Accelerated Edge and Scrape-Off Layer Gyrokinetic Turbulence Simulations},
author = {B. J. Frei and P. Ulbl and J. Trilaksono and F. Jenko},
journal= {arXiv preprint arXiv:2411.09232},
year = {2024}
}