抑制粒子互网格模拟中的伪谐振和粒子噪声
计算物理
2025-06-16 v1 等离子体物理
空间物理
摘要
粒子互网格（PIC）模拟是研究动力学等离子体过程的必不可少的手段，但常常因统计噪声而受到影响，尤其是在具有快速流动的等离子体中。我们还发现，PIC代码中常用的中心差分格式求解麦克斯韦方程时，会在断点处产生伪谐振，可能导致不物理的解。在本文中，我们在基于高斯定律满足的能量守恒半隐式粒子互网格方法（GL-ECSIM）的半隐式PIC代码FLEKS中，提出了若干数值技术来解决这些挑战。首先，我们引入带有通量限制器的拉斯克-弗里德里希类型扩散项，以抑制断点处的非物理谐振。其次，我们提出了一种新方法用于计算以共动坐标系中的电流密度，这显著降低了具有快速等离子体流动的模拟中的粒子噪声。本文将 presenting numerical tests 以演示这些方法在抑制冲击和磁重联模拟中的伪谐振和噪声方面的有效性。
引用
@article{arxiv.2506.11320,
title = {Suppressing spurious oscillations and particle noise in particle-in-cell simulations},
author = {Yuxi Chen and Hongyang Zhou and Gabor Toth},
journal= {arXiv preprint arXiv:2506.11320},
year = {2025}
}