回旋动理学程序的验证：理论背景与应用
等离子体物理
2017-05-24 v2
摘要
在聚变等离子体中，强磁场允许将快速回旋运动从动力学描述中系统地去除，从而显著简化模型并节省计算时间。如今，回旋动理学（GK）程序在理解湍流的发展与饱和以及预测后续输运方面发挥着重要作用。自然地，这些程序需要经过彻底的验证与确认。在此，我们提出了一个新颖且通用的理论框架以及具体的数值应用，以测试所实现模型对理论的忠实度，并验证现有 GK 程序的适用域。为了进行可靠的验证过程，必须同时考虑底层的理论 GK 模型和数值方案，这很少被做到，因此使该方法具有开创性。在解析层面，主要的创新之处在于使用高级数学工具（如动力学的变分公式）来系统化基本 GK 程序的方程，以获取其适用性的极限。数值方案的验证通过基准测试工作提出。在这项工作中，给出了两个 GK 程序的程序验证具体示例：多离子种类电磁 ORB5（PIC）和 GENE 的径向全局版本（Eulerian）。所提出的方法可应用于任何现有的 GK 程序。我们使用拉格朗日变分公式建立了 ORB5 和 GENE 程序中实现的约化 GK Vlasov-Maxwell 方程的层级。在计算层面，考虑了对基于 CYCLONE Base Case 开发的全局电磁测试案例的详细验证，包括涵盖从 ITG 到 KBM 转变的参数化 扫描，以及标称 值下的光谱特性。
引用
@article{arxiv.1703.07582,
title = {Verification of Gyrokinetic codes: theoretical background and applications},
author = {Natalia Tronko and Alberto Bottino and Tobias Goerler and Eric Sonnedruecker and Daniel Told and Laurent Villard},
journal= {arXiv preprint arXiv:1703.07582},
year = {2017}
}
备注
16 pages, 2 Figures, APS DPP 2016 invited paper