×
例如，Evstatiev。;沙德威克，B.A。

动力学等离子体模拟粒子算法的变分公式。 （英语） 兹比尔1349.82078

J.计算。物理学。 245, 376-398 (2013).
概述：用于低碰撞极限下等离子体动力学模拟的常见时间显式数值方法分为两类算法：动量守恒（也称为粒子-细胞（PIC））和能量守恒。每种方法都有一定的缺点。PIC算法没有保存总能量，这可能导致虚假的数值加热（网格加热）。由于网格和粒子位置之间的力插值的性质，其整体精度最多为秒。节能算法不显示网格加热，但由于其公式使用了势，因此可能需要进行计算上不需要的矩阵反演。此外，与具有相同精度的PIC算法相比，由于粒子形状的选择受到限制，这些算法具有更高的数值噪声。在这里，我们使用粒子分布函数的特定约简来制定时间显式、有限大小的粒子算法。这些约简用于两个变分原理，一个基于拉格朗日量的变分原理和一个基于哈密顿量的变分原理，以及非正则泊松括号。这里的拉格朗日公式概括了以前的这种公式。这里首次提出哈密顿公式。这两类粒子方法的许多缺点得到了缓解。例如，在能量守恒算法中放宽了对粒子形状的限制，这可以减少这些方法中的数值噪声。粒子算法的哈密顿公式是用场而不是势来表示的，因此避免了求解泊松方程。提出了一种能量和动量守恒的算法。算法的其他特点包括执行坐标变换的自然方式，使用各种时间积分方法，以及将整体精度提高到二阶以上的能力，包括所有推广。为了表述清楚，我们将讨论限制在一维非相对论性非磁化静电等离子体。

引用于28文件

MSC公司：

82C80码 时间相关统计力学的数值方法（MSC2010）
65亿75 涉及偏微分方程的初值和初边值问题的概率方法、粒子方法等
82D10号 等离子体统计力学

关键词：

数字的;等离子体;运动的;变分的;节能;动量守恒;粒内细胞
PDF格式BibTeX公司 XML格式引用
\textit{e.g.Evstatiev}和\textit{B.A.Shadwick}，J.Compute。物理学。245376-398（2013年；Zbl 1349.82078）
全文： 内政部 arXiv公司

参考文献：

[1] 霍克尼，R.W.，反常扩散的计算机实验，物理学。流体，91826-1835（1966）
[2] Harlow，F.H.，《流体动力学的颗粒-细胞计算方法》，《计算方法》。物理。，3, 319-343 (1964)
[3] Dawson，J.M.，等离子体的粒子模拟，修订版。物理。，55, 403-447 (1983)
[4] Dawson，J.M.，大量电子束的等离子体振荡，物理学。版本118，381-389（1960）·Zbl 0116.22202号
[5] A.兰登。；Birdsall，C.，《使用有限尺寸粒子的等离子体模拟理论》，Phys。流体，132115-2122（1970）
[6] 瓦赫迪，V。；Surendra，M.，《颗粒-细胞方法的蒙特卡罗碰撞模型：氩和氧放电的应用》，计算。物理学。社区。，87, 179-198 (1995)
[7] Faure，J。；Glinec，Y。；Pukhov，A。；Kiselev，S。；Gordienko，S。；列斐布，E。；卢梭，J.-P。；Burgy，F。；Malka，V.，《产生单能电子束的激光等离子体加速器》，《自然》，431，541-544（2004）
[9] 尹，L。；奥尔布赖特，B.J。；罗丝·H·A。；鲍尔斯，K.J。；卑尔根，B。；蒙哥马利，D.S。；Kline，J.L。；Fernandez，J.C.，三个空间维度中陷阱区激光的后向受激拉曼散射的发生和饱和，Phys。等离子体，16113101（2009）
[10] 森喜朗。；安·W。；Decyk，V.公司。；卢，W。；Tsung，F。；丰塞卡，R。；马丁斯。；维埃拉，J。；席尔瓦，L。；陈，M。；Esarey，E。；Geddes，C。；利曼斯，W。；施罗德，C。；Vay，J.-L。；Amyx，K。；布鲁韦勒，D。；Cary，J。；Cormier-Michel，E。；Cowan，B。；梅斯默，P。；黄，C。；Antonsen，T.，Dream beams:极端尺度计算，为能源和强度前沿提供新的加速器技术，J.Phys。Conf.序列号。(2011)
[11] Vay，J.-L。；Geddes，C.G.R。；Cormier-Michel，E。；Grote，D.P.，Minkowski空间双曲线旋转对洛伦兹增强框架中等离子体加速器建模的影响，Phys。等离子体，18，030701（2011）
[12] 韦尔奇，D.R。；Rose，D.V。；托马，C。；克拉克·R·E。；莫斯特罗姆，C.B。；西澳大利亚州斯特加。；Leeper，R.J.，中子产额大于10^{16}的氘氚Z箍缩动力学模拟，Phys。等离子体，18056303（2011）
[13] 多顿，W。；Karimabadi，H.，磁层顶无碰撞撕裂动力学理论，J.Geophys。决议，110，A03217（2005）
[14] 拉彭塔，G。；Brackbill，J。；Ricci，P.，空间和实验室等离子体中微观-宏观耦合的动力学方法，物理学。等离子体，13，1-9（2006）
[15] Brackbill，J。；Lapenta，G.，隐式等离子体模拟的磁流体力学，Commun。计算。物理。，4, 433-456 (2008) ·Zbl 1364.76234号
[16] Nanbu，K.，电子-分子、离子-分子、分子-分子和库仑碰撞的概率理论，用于材料处理等离子体和案例的粒子建模，IEEE Tran。血浆科学。，28, 971-990 (2000)
[17] Langdon，A.B.，《模拟等离子体中空间网格的影响》，J.Compute。物理。，6, 247-267 (1970)
[18] Okuda，H.，空间网格导致的等离子体模拟中的非物理噪声和不稳定性，J.Compute。物理。，10, 475-486 (1972)
[19] Cormier-Michel，E。；Shadwick，B.A。；Geddes，C.G.R。；Esarey，E。；施罗德，C.B。；Leemans，W.P.，激光尾流场加速器粒子-细胞模型中的非物理动力学效应，Phys。E版，78016404（2008）
[20] Lewis，H.，Vlasov等离子体的节能数值近似，计算机J。物理。，6, 136-141 (1970) ·Zbl 0205.57801号
[21] 霍克尼，R.W。；Eastwood，J.W.，《使用粒子的计算机模拟》（1988），Taylor&Francis Group：纽约Taylor and Francis集团·Zbl 0662.76002号
[22] Birdsall，C.K。；Langdon，A.B.，《计算机模拟等离子体物理》。《计算机模拟等离子体物理》，《等离子体物理丛书》（1991），物理研究所出版：物理研究所出版社，布里斯托尔
[23] 伊斯特伍德，J.，《虚拟粒子电磁粒子测量方法》，计算。物理学。社区。，64, 252-266 (1991)
[24] Low，F.，等离子体Boltzmann-Vlasov方程的拉格朗日公式，Proc。R.Soc.伦敦Ser。A.数学。物理学。科学。，248, 282-287 (1958) ·兹伯利0082.40902
[25] Morrison，P.，作为连续哈密顿系统的Maxwell-Vlasov方程，Phys。莱特。A、 80A，383-386（1980）
[26] 韦恩斯坦，A。；Morrison，P.J.，评论：作为连续哈密顿系统的Maxwell-Vlasov方程，Phys。莱特。，80A，235-236（1981）
[28] Lee，W.W。；秦，H.，阿尔芬波在回转等离子体中，物理学。等离子体，103196-3203（2003）
[29] 林，Y。；王，X。；林，Z。；Chen，L.，回旋电子和全动力学离子等离子体模拟模型，等离子体物理学。控制。融合，47，657（2005）
[30] 叶夫斯特切夫，E.G。；霍顿，W。；莫里森，P.J.，等离子体-波相互作用的多波模型，物理学。等离子体，104090-4094（2003）
[31] 叶夫斯特切夫，E.G。；莫里森，P.J。；霍顿，W.，《具有电磁波的相对论束流-等离子体系统》，《物理学》。等离子体，12072108（2005）
[32] 陈，G。；Chacón，L。；Barnes，D.，《一种能量和电荷守恒的隐式静电粒子-细胞算法》，J.Compute。物理。，2307018-7036（2011年）·Zbl 1237.78006号
[33] 马尔基迪斯，S。；Lapenta，G.，《节能颗粒-细胞法》，J.Compute。物理。，230, 7037-7052 (2011) ·Zbl 1231.82067号
[34] Wendlandt，J.M。；Marsden，J.E.，从离散变分原理导出的机械积分器，Physica D，106，223-246（1997）·Zbl 0963.70507号
[35] Marsden，J.E。；West，M.，《离散力学与变分积分器》，《数值学报》。，10, 357-514 (2001) ·兹比尔1123.37327
[36] Krall，N.A。；Trivelpice，A.W.，《等离子体物理原理》（1973），McGraw-Hill:McGraw-Hill纽约
[37] 加洛韦，J.J。；Kim，H.，《热等离子体中非线性波相互作用的拉格朗日方法》，J.plasma Phys。，6, 53-72 (1971)
[38] Ye，H。；莫里森，P.J.，弗拉索夫方程的作用原理，物理学。流体B，4771-777（1992）
[39] 加德纳，C.S.，被等离子体的能量所束缚，物理学。流体，6，839-840（1963）
[40] 刘易斯，H。；巴恩斯，D。；Melendez，K.，《刘维尔定理和精确等离子体模拟》，J.Compute。物理。，69, 267-282 (1987) ·Zbl 0622.76134号
[42] José，J.V。；Saletan，E.J.，《经典动力学：当代方法》（1998），剑桥大学出版社：剑桥大学出版社·Zbl 0918.70001号
[43] 贝克尔，E.B。；凯里，G.F。；Oden，J.T.，《有限元：导论》（1981），Prentice Hall Inc.，第1卷·Zbl 0459.65070号
[44] Shadwick，B.A。；Tarkenton，G.M。；Esarey，E。；Lee，F.M.，相对论激光与等离子体相互作用模型的哈密顿约化，Commun。非线性科学。数字。模拟。，17, 2153-2160 (2012) ·Zbl 1254.82039号
[45] Jensen，M.S.，具有集中质量矩阵的有限元的高收敛阶，国际J·数值。方法工程，39，1879-1888（1996）·Zbl 0880.76044号
[46] Omelyan，I。；Mryglod，我。；Folk，R.，《用于多体系统运动集成的优化Forest-Ruth-和Suzuki-like算法》，计算。物理学。社区。，146188-202（2002年）·邮编：1043.70004
[47] de Veubeke，B.F.，《流体力学和有限元应用中的变分原理》，（Wirtz，H.J.，《数值流体动力学的进展》，《数值液体动力学进展》，物理讲稿，41（1975），Springer-Verlag），227-259·Zbl 0359.76021号
此参考列表基于出版商或数字数学图书馆提供的信息。其项与zbMATH标识符进行启发式匹配，可能包含数据转换错误。在某些情况下，zbMATH Open的数据对这些数据进行了补充/增强。这试图尽可能准确地反映原始论文中列出的参考文献，而不要求完整或完全匹配。