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低压低温等离子体中等温流体方程的渐近保持平衡格式。 (英语) Zbl 07507224号

摘要:我们提出了一种新的数值格式,用于高效准确地求解低温等离子体中耦合到泊松方程的等温双流体(电子+离子)方程。该模型将电子和离子视为独立的流体,包括电子惯性区和空间电荷区。使用标准显式格式对该系统进行离散时,受到与德拜长度、电子等离子体频率和电子声波分辨率相关的非常严格的时间步长和单元尺寸的限制。鞘层和电子惯性都是充分解释低压和低温等离子体物理的基础。然而,流体模型的大多数有趣现象发生在速度远低于电子热速度的情况下,并且是准中性的,除了在小的带电区域。由于问题的多尺度特性,一种能够高效、准确地模拟所有这些状态的数值方法是一个挑战。在这项工作中,我们提出了一个基于拉格朗日投影算子分裂的方案,该方案保持了等离子体为准中性无质量电子的渐近状态。因此,在不需要隐式求解器的情况下,也不需要德拜长度和电子等离子体频率的分辨率的情况下,处理准中性区域。此外,该方案被证明能够准确地表示低速和电子速度与热速度相当时的电子动力学。此外,为了解决离子温度与电子温度相比非常低的问题,建议对离子源项进行平衡处理。该方案在求解德拜长度时,无论是在准中性极限还是在存在等离子体鞘层的情况下,都显著提高了精度。为了评估该方案在低温等离子体条件下的性能,我们提出了两个专门设计的测试用例:带解析解的准中性两流周期扰动和包含鞘层的低温放电。对这两种不同构型的数值策略、精度和计算效率进行了评估。

理学硕士:

82至XX 统计力学,物质结构
76倍 流体力学
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