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Workshop Series on Advances on Scientific and Engineering Computing (III) -- Computational Fluid Dynamics, Interface Problems and Beyond

柱坐标下含碰撞的Vlasov-BGK方程的动理学格式

Speaker

Guoxi Ni , Institute of Applied Physics and Computational Mathematics

Time

05 Dec, 15:00 - 15:30

Abstract

等离子体广泛存在于自然现象中,柱对称是许多等离子体现象中遇到的问题。 在本文中,我们设计了一个基于Strang分裂的数值格式,用来求解柱坐标系下的带碰撞效应的Vlasov-BGK方程,用它来模拟考虑了库伦碰撞的等离子体现象。这里我们将Vlasov-BGK方程分裂为沿着径向r的输运-碰撞部分,以及基于电场力、离心力以及科氏力的加速部分。在输运-碰撞部分中,采用了方程的解析解来设计数值通量,在 时仍旧能够接近物理解,并采用了高阶重构,保证了在径向上的分辨率,在加速部分,我们依旧使用了空间上的高阶重构,以及RK4来保证时间求解的高精度,使得在加速部分的模拟中,依旧拥有很高的物理过程的分辨率。整体上格式具有二阶的时间精度。在最后,我们使用了一个Z-pinch装置模型以及托卡马克装置中边缘等离子体的电荷分离模型验证了算法的正确性以及有效性,由于考虑了库伦碰撞,我们在文章中给出了更丰富的结果。