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非结构网格上多流体反应和碰撞磁化等离子体的全隐式有限体积方法。 (英语) Zbl 1349.76299号

摘要:我们提出了一种有限体积格式,用于求解非结构网格上反应和碰撞部分电离流的Maxwell方程与磁化多流体等离子体方程的耦合。位移电流的加入允许研究等离子体中的电磁波传播以及超出标准磁流体力学(MHD)描述的电荷分离效应,然而,它导致了一个非常坚硬的系统,其特征速度从流体的声速到光速不等。为了控制麦克斯韦方程椭圆约束的实现,我们使用双曲散度清理方法。在本文中,我们应用带尺度数值扩散的CIR格式对后一种方法进行了扩展,以使这些项与Maxwell通量向量相平衡。对于流体,我们将(AUSM{+})推广到等离子体中多种不同种类的流体。首先在Hartmann流(包括与解析解的比较)上验证了完全隐式二阶方法,这两个理想的磁流体动力学强激波案例,即Orszag-Tang和磁流体动力学转子,然后在更具挑战性的案例上验证了该方法,该案例代表了太阳色球条件下的双流体磁重联。对于后一种情况,提供了与文献中可用的开创性结果的比较。

MSC公司:

76个M12 有限体积法在流体力学问题中的应用
6500万08 含偏微分方程初值和初边值问题的有限体积法
76周05 磁流体力学和电流体力学
76×05 电磁场中的电离气体流动;浆流
82C80码 时间相关统计力学的数值方法(MSC2010)
82D10号 等离子体统计力学
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全文: 内政部

参考文献:

[1] 国家研究委员会(2008),美国国家科学院出版社:美国国家科学学院出版社,华盛顿特区,《严重空间天气事件——理解社会和经济影响:研讨会报告》
[2] Braams,C.M。;Stott,P.E.,《核聚变:半个世纪的磁约束研究》,《等离子体物理学》。控制。融合,44,8,1767(2002)
[3] Giordano,D.,带电磁场的超音速流控制方程(2002),AIAA论文2002-2165
[4] 山田,M。;Yoo,J。;Jara-Almonte,J。;纪浩。;Kulsrud,R.M。;Myers,C.E.,《实验室等离子体磁重联层中的磁能转换》,美国国家通讯社。,54774(2014年9月)
[5] Tóth,G.,冲击捕获磁流体动力学代码中的div.B=0约束,J.Compute。物理。,161、605-652(2000年7月)·Zbl 0980.76051号
[6] Yalim,M.S。;vanden Abeele,D。;拉尼,A。;昆蒂诺,T。;Deconick,H.,用于求解双曲散度清理方法的理想磁流体动力学方程的有限体积隐式时间积分方法,J.Compute。物理。,230、6136-6154(2011年7月)·Zbl 1419.76470号
[7] Kissmann,R。;Pomoell,J.,《正交曲线网格上的半离散有限体积约束传输方法》,SIAM J.Sci。计算。,342763-791(2012年3月)·Zbl 1248.65101号
[8] 蒙兹,C.-D。;Ommes,P。;Schneider,R.,非结构化网格上具有发散清理的麦克斯韦方程组的三维有限体积解算器,Comput。物理。社区。,130、83-117(2000年7月)·Zbl 0960.78019号
[9] MacCormack,R.(2008),包括感应磁场和电场在内的空气动力学流动的数值模拟
[10] MacCormack,R.(2009),感应磁场和电场内的流动模拟
[11] D’Ambrosio,D。;Giordano,D.,《航空航天应用的电磁流体动力学》,J.Thermophys。热传输。,21, 2, 284-302 (2007)
[12] 汤普森,R.J。;Wilson,A。;穆勒,T。;Merkle,C.L.,求解耦合Maxwell和Navier-Stokes方程的强保守Riemann解算器,J.Compute。物理。,258, 431-450 (2014) ·Zbl 1349.76538号
[13] Shumlak,美国。;Loverich,J.,双流体等离子体模型的近似黎曼解算器,J.Compute。物理。,187、2、620-638(2003年5月)·Zbl 1061.76526号
[14] 哈基姆,A。;Loverich,J。;Shumlak,U.,理想双流体等离子体方程的高分辨率波传播方案,J.Compute。物理。,219、1418-442(2006年11月)·Zbl 1167.76384号
[15] Loverich,J。;Shumlak,U.,全双流体等离子体模型的间断Galerkin方法,计算。物理。社区。,169、1、251-255(2005年7月)·Zbl 1196.76039号
[16] 斯里尼瓦桑,B。;Shumlak,U.,理想全双流体等离子体模型的分析和计算研究以及霍尔磁流体动力学的渐近近似,物理学。Plasmas,第18、9条,第092113页(2011年9月)
[17] Ofman,L。;Davila,J.M.,冕洞有效温度的三流体2.5维磁流体动力学模型,天体物理学。J.,553,935-940(2001年6月)
[18] Ofman,L。;Abbo,L。;Giordano,S.,太阳活动极小时流光的多流体模型及其与观测结果的比较,天体物理学。J.,734,30(2011年6月)
[19] 梅尔,E.T。;Shumlak,U.,等离子体-中性混合物反应的一般非线性流体模型,Phys。Plasmas,第19、7章,第072508页(2012年7月)
[20] Leake,J.E。;Lukin,V.S。;林顿,M.G。;Meier,E.T.,《弱电离反应等离子体中色球磁重联的多流体模拟》,《天体物理学》。J.,760109(2012年12月)
[21] 库兰特,R。;Isaacson,E。;Rees,M.,《用有限差分法求解非线性双曲微分方程》,Commun。纯应用程序。数学。,5, 243-255 (1952) ·兹比尔0047.11704
[22] Liou,M.,《AUSM的续集:AUSM+,J.Compute》。物理。,129364-382(1996年12月)·Zbl 0870.76049号
[23] Liou,M.-S.,《AUSM的续集,第二部分:(AUSM^+\)全速向上》,J.Compute。物理。,214137-170(2006年5月)·Zbl 1137.76344号
[24] 拉尼,A。;昆蒂诺,T。;Kimpe博士。;Deconick,H。;范德沃勒,S。;Poedts,S.,《COOLFluiD框架:高性能面向对象科学计算软件的设计解决方案》,(Slot,P.M.A.;Sunderan,V.S.;van Albada,G.D.;Dongarra,J.J.,《计算科学ICCS 2005》,第1卷。计算科学ICCS 2005,第1卷,LNCS,第3514卷(2005年5月),埃默里大学,斯普林格:埃默里学院,美国佐治亚州亚特兰大斯普林格),281-286·Zbl 1129.65328号
[25] 拉尼,A。;昆蒂诺,T。;Kimpe博士。;Deconick,H。;范德沃勒,S。;Poedts,S.,高性能环境中PDE数值模拟的可重用面向对象解决方案,POOSC 2005特别版。POOSC 2005特别版,科学。程序,14,2,111-139(2006)
[26] 金佩,D。;拉尼,A。;昆蒂诺,T。;Poedts,S。;Vandewalle,S.,《COOLFluiD并行体系结构》(The COOLFluiD parallel architecture,Kranzlmüller,D.;Di Martino,B.;Dongarra,J.J.,第12届欧洲并行虚拟机和消息传递接口会议,索兰托(2005年10月),斯普林格),520-527
[27] Lani,A.,《面向对象的高性能气动热力学仿真平台》(2008),布鲁塞尔自由大学,博士论文
[28] Quintino,T.,高性能科学计算的组件环境。设计与实施(2008年),卡索利克大学鲁汶分校,博士论文
[29] 拉尼,A。;北维勒迪厄。;Bensassi,K。;卡帕,L。;帕内西,M。;Yalim,M.S.,COOLFluiD:一个用于多物理模拟的开放计算平台,(第21届AIAA CFD会议,第21届IAAA CFD大会,华盛顿州圣地亚哥(2013年6月))
[30] 度,G。;拉尼,A。;帕内西,M。;Chazot,O。;Deconick,H.,《高焓、高马赫数流动建模》,J.Phys。D、 申请。物理。,41 (2009)
[31] 拉尼,A。;Mena,J.Garicano;Deconick,H.,热化学非平衡对称系统的残余分布方法,(第20届AIAA CFD会议,第20届IAAA CFD大会,夏威夷檀香山(2011年6月)),AIAA-2011-3546
[32] 奈特·D·。;Longo,J。;Drikakis,D。;Gaitonde,D。;Lani,A.,预测高超声速激波相互作用的CFD能力评估,Prog。Aerosp.航空公司。科学。,48-49, 8-26 (2012)
[33] 拉尼,A。;帕内西,M。;Deconick,H.,热化学非平衡粘性双锥流的保守剩余分布方法,Commun。计算。物理。,13, 479-501 (2013)
[34] 帕内西,M。;Lani,A.,空气中电离的碰撞辐射粗颗粒模型,Phys。流体,25,第057101条pp.(2013)
[35] 穆纳福,A。;拉尼,A。;Bultel,A。;Panesi,M.,通过碰撞辐射模型模拟膨胀流动中的非平衡现象,Phys。Plasmas,20,7(2013)
[36] Yalim,M.S。;Abeele,D.V。;Lani,A.,用人工压缩方法模拟场对准理想MHD绕完美导电圆柱体流动,(第十一届双曲问题国际会议论文集,第十一届国际双曲问题会议论文集(2006),法国里昂,Ecole Normale Supérieure,Springer-Verlag),1085-1092年·Zbl 1372.76114号
[37] 拉尼,A。;Yalim,M.S。;Poedts,S.,非结构化网格上全球磁层模拟的支持GPU的有限体积解算器,计算。物理。社区。,185, 10, 2538-2557 (2014) ·Zbl 1360.76357号
[38] 弗兰杰斯,J。;Poedts,S.,《太阳日冕加热的新范例》,Europhys。莱特。,8639001(2009年5月)
[39] 弗兰杰斯,J。;Poedts,S.,《太阳大气中的普遍增长模式:漂移波的日冕加热》,周一。不是。R.阿斯顿。Soc.,398918-930(2009年9月)
[40] Lukin,V.,HiFi框架主页
[41] Voronov,G.S.,电子碰撞原子和离子电离率系数的实用拟合公式:(Z=1-28),At.Data Nucl。数据表,65,1(1997)
[42] Smirnov,B.M.,《原子物理学》(2003),Springer:Springer New York
[43] Braginskii,S.I.,《血浆中的转运过程》,《血浆物理学评论》。,1, 205 (1965)
[44] 于生涛(1997年1月),用时空守恒元和解元方法处理守恒律中的刚性源项
[45] Barth,T.(1994),Euler和Navier-Stokes方程的非结构化网格和有限体积解算器方面
[46] Venkatakrishnan,V.(1993),关于限制器的精度和稳态解的收敛性
[47] Liou,M.-S。;Steffen,C.J.,《一种新的通量分裂方案》,J.Compute。物理。,107、23-39(1993年7月)·Zbl 0779.76056号
[48] Liou,M.-S.,(AUSM^+)为所有速度提供稳健和准确解决方案的进一步发展(2003年6月),AIAA论文4116
[49] Kim,S.E。;马卡洛夫,B。;Caraeni,D.,任意非结构化网格的多维线性重建方案,(第16届AIAA CFD会议,第16届IAAA CFD大会,佛罗里达州奥兰多(2003年6月)),AIAA-2003-3990
[51] A.德纳。;凯姆·F。;Kröner博士。;蒙兹,C.-D。;Schnitzer,T。;Wesenberg,M.,MHD方程的双曲散度清理,J.Compute。物理。,175、645-673(2002年1月)·兹比尔1059.76040
[52] Brackbill,J.U。;Barnes,D.C.,磁梯度和B的非零乘积对磁流体动力学方程数值解的影响,J.Compute。物理。,35426-430(1980年5月)·Zbl 0429.76079号
[53] Balsara,D.S.,《无发散重建磁流体动力学的二阶精确方案》,天体物理学。补充期刊。,151149-184(2004年3月)
[54] Balsara,D.S.,磁场的无散度重建和磁流体力学的WENO方案,J.Compute。物理。,2285040-5056(2009年8月)·Zbl 1280.76030号
[55] Balsara,D.S。;臀部,T。;Dumbser,M。;Munz,C.-D.,《流体力学和无发散磁流体力学的高效、高精度ADER-WENO格式》,J.Compute。物理。,2282480-2516(2009年4月)·Zbl 1275.76169号
[56] 沈毅。;查,G。;Huerta,M.A.,理想磁流体动力学方程的E-CUSP格式与高阶WENO格式,J.Compute。物理。,2316233-6247(2012年8月)
[57] 米农,A。;Tzeferacos,P。;Bodo,G.,《细胞中心MHD的高阶保守有限差分GLM-MHD格式》,J.Compute。物理。,2295896-5920(2010年8月)·Zbl 1425.76305号
[59] 米奇纳,M。;Kruger,C.H.,《部分电离气体》(1973),斯坦福工程机械工程系,威利国际科学出版社
[60] Orszag,S.A.公司。;唐春明,二维磁流体力学湍流的小尺度结构,流体力学杂志。,90、129-143(1979年1月)
[61] 安德鲁·克里斯利布(Andrew J.Christlieb)。;James A.Rossmanith。;Tang,Qi,理想磁流体力学带约束输运的有限差分加权基本非振荡格式,J.Compute。物理。,268, 302-325 (2014) ·Zbl 1349.76442号
[62] Balsara,D.S。;Spicer,D.S.,在磁流体动力学模拟中使用高阶Godunov磁通确保螺线管磁场的交错网格算法,J.Compute。物理。,149270-292(1999年3月)·Zbl 0936.76051号
[63] Biskamp,D.,《等离子体中的磁重联》(2005),剑桥大学出版社·Zbl 0891.76094号
[64] Loverich,J。;哈基姆,A。;Shumlak,U.,理想双流体等离子体方程的间断Galerkin方法,Commun。计算。物理。,9, 240 (2011) ·Zbl 1364.35278号
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