×

Grad-Shafranov方程的模拟谱元解算器。 (英语) Zbl 1349.76516号

小结:在这项工作中,我们为环形轴对称几何体中的固定边界等离子体平衡提供了一个稳健且精确的任意阶解算器。为了实现这一点,我们将中提出的模拟光谱元素公式应用于Grad-Shafranov方程的解。该方法将有限体积离散化与混合有限元方法相结合。用这种方法,离散微分算子((nabla)、(nablatimes)、(Nablacdot))可以精确地表示,并且在本构关系中存在度量和所有近似误差。此公式的结果是,即使在高度弯曲的网格上,也可以使用任意阶方法。此外,环形电流的积分(J_φ)正好等于等离子体边界上极向场的边界积分。这个性质在平衡解和输运解的耦合中起着重要作用。该求解器在一组不同的等离子体横截面(光滑且带有X点)上进行了测试,也适用于大范围的压力和环形磁通量剖面。获得了精确到机器精度的平衡。给出了Soloviev解(包括高Shafranov位移)、场逆配置(FRC)解和spheromak解析解的最优代数收敛速度(p+1)和几何收敛速度。该方法的鲁棒性在非线性测试用例中得到了证明,特别是在带压力支座的平衡解中。

MSC公司:

76M20码 有限差分方法在流体力学问题中的应用
65号06 含偏微分方程边值问题的有限差分方法
76M10个 有限元方法在流体力学问题中的应用
76平方米 谱方法在流体力学问题中的应用
76X05型 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
PDF格式BibTeX公司 XML格式引用

参考文献:

[1] 亚伯拉罕·R。;Marsden,J.E。;Ratiu,T.,流形,张量分析和应用,应用数学科学,第75卷(2001),Springer·Zbl 0875.58002号
[2] 阿尔巴内塞,R。;Ambrosino,R。;Mattei,M.,CREATE-NL+:一种稳健的面向控制的自由边界动态等离子体平衡求解器,Fusion Eng.Des。,96-97, 664-667 (2015)
[3] 阿尔托·J·F。;Basiuk,V.公司。;伊姆博克斯,F。;施耐德,M。;加西亚,J。;Giruzzi,G。;Huynh,P。;阿尼尔,T。;Albajar,F。;Ané,J.M。;Bécoulet,A。;布尔代尔,C。;卡萨蒂,A。;Colas,L。;Decker,J。;杜蒙特,R。;埃里克森,L.G。;加贝特,X。;吉尔莱特,R。;Hertout,P。;Hoang,G.T。;霍尔伯格,W。;Huysmans,G。;Joffrin,E。;Kim,S.H。;Köchl,F。;李斯特,J。;利托登,X。;马盖特,P。;Masset,R。;Pégourié,B。;Peysson,Y。;托马斯·P。;Tsitrone,E。;Turco,F.,集成托卡马克建模的CRONOS代码集,Nucl。Fusion,50,文章043001,第(2010)页
[4] Bellan,P.M.,有限β和大反向剪切圆柱球体解的推广,Phys。等离子体,93050(2002)
[5] 布鲁姆,J。;Le Foll,J.,电阻扩散时间尺度下的等离子体平衡演化,计算。物理学。众议员,1465-494(1984)
[6] Bossavit,A.,《计算电磁学和几何:(1)网络方程》,J.Jpn。社会应用。电动发电机。,7, 150-159 (1999)
[7] Bossavit,A.,《计算电磁学和几何:(2)网络本构定律》,J.Jpn。Soc.申请。电动发电机。,7, 294-301 (1999)
[8] 博萨维特,A.,《计算电磁学和几何学:(4)从自由度到场》,J.Jpn。Soc.申请。电动发电机。,8, 102-109 (2000)
[9] 博萨维特,A.,《计算电磁学和几何学》:(5)《伽勒金霍奇》,J.Jpn。Soc.申请。电动发电机。,8, 203-209 (2000)
[10] Bouman,M。;Palha,A。;Kreeft,J。;Gerritsma,M.,曲线域的保守谱元方法,(偏微分方程的谱和高阶方法,偏微分方程谱和高阶方法,计算科学与工程讲义,第76卷(2011年),Springer),111-119·Zbl 1216.65166号
[11] Brambilla,M.,托卡马克等离子体中离子回旋波的数值模拟,等离子体物理学。控制。融合,41,1-34(1999)
[12] 布雷齐,F。;Fortin,M.,混合和混合有限元方法,计算数学中的Springer级数,第15卷(1991),Springer·Zbl 0788.7302号
[13] Budny,R.V。;贝尔,M.G。;比格拉里,H。;苦味,M。;布什,C.E。;Cheng,C.Z。;弗雷德里克森,E.D。;格雷克,B。;Hill,K.W。;Hsuan,H。;Janos,A.C。;Jassby,D.L。;约翰逊,D.W。;约翰逊,L.C。;勒布朗,B。;McCune,哥伦比亚特区。;Mikkelsen,D.R。;朴槿惠。;A.T.拉姆齐。;Sabbagh,S.A。;斯科特,S.D。;Schivell,J.F。;斯特拉坎,J.D。;斯特拉顿,不列颠哥伦比亚省。;Synakowski,E.J。;泰勒,G。;Zarnstorff,M.C。;Zweben,S.J.,TFTR中氘-氚实验的模拟,Nucl。融合,32429-447(1992)
[14] Cenacchi,G。;Taroni,A.,JETTO自由边界等离子体传输规范(1988),ENEA,技术代表。
[15] Cerfon,A.J。;Freidberg,J.P.,《Grad-Shafranov方程的“一刀切”解析解》,Phys。Plasmas,17,文章032502 pp.(2010)
[16] 科斯特,D.P。;巴西乌克,V。;佩雷弗泽夫,G。;Kalupin,D。;扎戈克西,R。;Stankiewicz,R。;Huynh,P。;Imbeaux,F.,欧洲运输解决方案,IEEE Trans。等离子体科学。,382085-2092(2010年)
[17] 克罗廷格,J.A。;LoDestro,L。;Pearlstein,L.D。;Tarditi,A。;Casper,T.A。;Hooper,E.B.,《科西嘉岛:环形磁聚变装置的综合模拟》(1997),技术代表,LDRD项目最终报告
[18] 查尼,O。;Huysmans,G.,Bézier曲面和有限元用于MHD模拟,J.Compute。物理。,227, 7423-7445 (2008) ·Zbl 1141.76035号
[19] 寓言,E。;安吉奥尼,C。;Ivanov,A。;拉克纳,K。;少校,O。;于斯。;Pautasso,G。;Pereverzev,G.,托卡马克中耦合输运和平衡方程计算的稳定方案,Nucl。Fusion,53,第033002条pp.(2013)
[20] 费利西,F。;O.绍特。;科达,S。;Duval,B.P。;古德曼,T.P。;莫雷特,J.-M。;Paley,J.I.,托卡马克等离子体电流密度分布的实时物理模型模拟,Nucl。Fusion,51,第083052条pp.(2011)
[21] Frankel,T.,《物理学的几何学》(2004),剑桥大学出版社·Zbl 1049.58001号
[22] Gerritsma,M.,谱元方法的边函数,(偏微分方程的谱和高阶方法。偏微分方程谱和高阶方法,计算科学与工程讲义,第76卷(2011),Springer),199-207·Zbl 1216.65168号
[23] Gerritsma,M。;Bouman,M。;Palha,A.,交错网格上的最小二乘谱元方法,(大尺度科学计算,大尺度科学计算机,计算机科学讲义,第5910卷(2010),Springer),653-661·Zbl 1280.65133号
[24] Gerritsma,M。;希姆斯特拉,R。;Kreeft,J。;Palha,A。;Rebelo,P.P。;Toshniwal,D.,数值方法的几何基础,(偏微分方程的谱和高阶方法。偏微分方程谱和高阶方法,计算科学与工程讲义,第95卷(2013年),Springer),17-35·Zbl 1282.76119号
[25] Goedbloed,J.,关于计算轴对称平衡的一些评论,计算。物理学。社区。,31, 123-135 (1984)
[26] 戈德布罗德,J.P。;吉本斯,R。;Poedts,S.,《高级磁流体动力学:在实验室和天体物理等离子体中的应用》(2010),剑桥大学出版社
[27] 戈登·W·J。;Hall,C.A.,《跨有限元方法:任意曲元域上的混合函数插值》,数值。数学。,21, 109-129 (1973) ·Zbl 0254.65072号
[28] Görler,T。;拉皮隆,X。;Brunner,S。;丹纳特,T。;Jenko,F。;Merz,F。;Told,D.,全球版的回转湍流代码GENE,J.Compute。物理。,230, 7053-7071 (2011) ·Zbl 1408.76592号
[29] P.-A.古尔丹。;Leboeuf,J.-N。;Neches,R.Y.,单位β等离子体的高分辨率磁流体动力学平衡代码,J.Comput。物理。,216, 275-299 (2006) ·Zbl 1173.76383号
[30] 等级,H。;Rubin,H.,《水磁平衡和无力场》,J.Nucl。能源,7284-285(1958)
[31] Gruber,R。;Troyon,F。;伯杰,D。;伯纳德,L。;罗塞特,S。;Schreiber,R。;科纳,W。;施耐德,W。;Roberts,K.,ERATO稳定代码,计算。物理学。社区。,21, 323-371 (1981)
[32] Heumann,H。;布鲁姆,J。;布尔贝,C。;福格拉斯,B。;塞利格·G。;Ané,J.-M。;Brémond,S。;格兰吉拉德,V。;Hertout,P。;Nardon,E.,具有CEDRES++的环形等离子体的准静态自由边界平衡:计算方法和应用,J.等离子体物理学。,1-35 (2015)
[33] 辛顿,F.L。;Hazeltine,R.D.,环形约束系统中的等离子体输运理论,修订版。物理。,48239-308(1976年)
[34] Hirshman,S.P。;贾丁,S.C.,托卡马克等离子体的二维输运,物理学。流体,22731(1979)·Zbl 0424.76093号
[35] 豪厄尔,E。;Sovinec,C.,用谱元素求解Grad-Shafranov方程,计算。物理学。社区。,185, 1415-1421 (2014) ·Zbl 1344.76063号
[36] Humphreys博士。;安布罗西诺,G。;德弗里斯,P。;费利西,F。;Kim,S.H。;Jackson,G。;Kallenbach,A。;科勒曼,E。;李斯特,J。;莫罗·D·。;Pironti,A。;Raupp,G.等人。;O.绍特。;舒斯特,E。;斯奈普斯,J。;Treutter,W。;沃克,M。;韦兰德,A。;Winter,A。;Zabeo,L.,ITER中血浆控制的新方面,Phys。Plasmas,22,文章021806 pp.(2015)
[37] Huysmans,G.T.A。;Goedbloed,J.P。;Kerner,W.,求解Grad-Shafranov方程的等参双三次Hermite元素,国际期刊Mod。物理学。C、 2371-376(1991)
[38] 海曼,J.M。;沙什科夫,M。;Steinberg,S.,《强非均匀非各向同性材料中扩散问题的数值解》,J.Compute。物理。,132, 130-148 (1997) ·Zbl 0881.65093号
[39] Imazawa,R。;Kawano,Y。;Itami,K.,求解等离子体平衡固定边界问题的无网格方法,J.Compute。物理。,292, 208-214 (2015) ·Zbl 1349.76614号
[40] Ivanov,A.A。;Khayrutdinov,R.R。;梅德韦杰夫,S.Y。;Poshekhonov,Y.Y.,新的自适应网格等离子体进化代码SPIDER,(第32届等离子体物理大会(2005)),2146-2149
[41] Jardin,S.,一种应用于聚变磁流体力学应用的具有一阶导数连续性的三角形有限元,J.Compute。物理。,200, 133-152 (2004) ·Zbl 1288.76043号
[42] 贾丁,S.C.,《等离子体物理中的计算方法》(2010),查普曼和霍尔/CRC计算科学,CRC出版社·Zbl 1198.76002号
[43] 菊池,F。;Nakazato,K。;Ushijima,T.,与MHD平衡相关的非线性特征值问题的有限元近似,Jpn。J.应用。数学。,1, 369-403 (1984) ·Zbl 0634.76117号
[44] Kreeft,J。;Palha,A。;Gerritsma,M.,任意阶曲线四边形的模拟框架(2011),69 pp
[45] 拉皮隆,X。;Brunner,S。;丹纳特,T。;Jolliet,S。;Marinoni,A。;维拉德,L。;Görler,T。;Jenko,F。;Merz,F.,对湍流回转动力学计算的s-(α)平衡模型局限性的澄清,Phys。Plasmas,16,文章032308 pp.(2009)
[46] Lee,J。;Cerfon,A.,ECOM:环形轴对称MHD平衡的快速准确求解器,计算。物理学。社区。,190, 72-88 (2015) ·Zbl 1344.76090号
[47] 李,X。;扎哈罗夫,L.E。;Drozdov,V.V.,托卡马克边缘平衡代码,物理学。Plasmas,21,第012505条,pp.(2014)
[48] LoDestro,L.L。;Pearlstein,L.D.,《关于作为特征值问题的Grad-Shafranov方程及其对q解算器的影响》,Phys。等离子体,190-95(1994)
[49] Ludwig,G.O.,托卡马克平衡问题的直接变分解,等离子体物理学。控制。融合,392021-2037(1997)
[50] Lütjens,H。;邦德森,A。;Roy,A.,具有双三次Hermite元素的轴对称MHD平衡求解器,计算。物理学。社区。,69, 287-298 (1992)
[51] Lütjens,H。;邦德森,A。;Sauter,O.,环形MHD平衡的CHEASE代码,计算机。物理学。社区。,97, 219-260 (1996) ·Zbl 0922.76240号
[52] Mattiussi,C.,《使用代数拓扑中的一些概念分析有限体积、有限元和有限差分方法》,J.Compute。物理。,133, 289-309 (1997) ·Zbl 0878.65091号
[53] 诺伊曼,S.P.,达西定律的理论推导,机械学报。,153-170年(1977年)·Zbl 0402.76074号
[54] Palha,A。;Gerritsma,M.,模拟最小二乘谱/马力泊松方程的有限元方法,(大尺度科学计算,大尺度科学计算机,计算机科学讲义,第5910卷(2010),施普林格),662-670·Zbl 1280.65130号
[55] Palha,A。;Gerritsma,M.,曲线元素中Hodge-⋆算子的谱元素近似,(偏微分方程的谱和高阶方法。偏微分方程谱和高阶方法,计算科学与工程讲义,第76卷(2010),Springer),283-291·Zbl 1216.65171号
[56] Palha,A。;Rebelo,P.P。;希姆斯特拉,R。;Kreeft,J。;Gerritsma,M.,《单网格和双网格上的物理兼容离散化技术及其在体积形式泊松方程中的应用》,J.Compute。物理。,257, 1394-1422 (2014) ·Zbl 1352.65629号
[57] 帕莱尔,V。;阿尔巴内塞,R。;Ambrosino,R。;阿尔托·J·F。;Besseghir,K。;卡维纳托,M。;科里根,G。;加西亚,J。;加佐蒂,L。;Gribov,Y。;伊姆博克斯,F。;Koechl,F。;拉巴特,C。;李斯特,J。;Litaudon,X。;Loarte,A。;马吉特,P。;马泰,M。;麦克唐纳。;Nardon,E。;Saibene,G。;Sartori,R。;Urban,J.,使用1.5D传输代码和自由边界平衡代码的组合对ITER等离子体场景的自洽模拟,Nucl。Fusion,5311302(2013)
[58] Parks,P.B。;Schaffer,M.J.,圆柱形腔体内单轴和双轴场反向配置的分析平衡和互换稳定性,Phys。等离子体,101411-1423(2003)
[59] Pataki,A。;Cerfon,A.J。;弗雷德伯格,J.P。;格林加德。;O'Neil,M.,Grad-Shafranov方程的快速高阶解算器,J.Compute。物理。,243, 28-45 (2013) ·Zbl 1349.76925号
[60] Pereverzev,G.V。;Yushmanov,P.N.,ASTRA托卡马克传输分析自动化系统(2002),IPP,技术代表。
[61] Rebelo,P.P。;Palha,A。;Gerritsma,M.,应用于Darcy问题的混合模拟谱元方法,(偏微分方程的谱和高阶方法-ICOSAHOM 2012。偏微分方程的谱和高阶方法——ICOSAHOM 2012,计算科学与工程讲义,第95卷(2014),Springer),373-382·Zbl 1426.76512号
[62] Robidoux,N.,多项式组织极化、超收敛自由度和伪谱离散Hodge算子,未出版:
[63] 北卡罗来纳州罗比多。;Steinberg,S.,张量网格中的离散向量演算,计算。方法应用。数学。,11, 23-66 (2011) ·Zbl 1283.65099号
[64] Saitoh,A。;伊藤,T。;松井,N。;Kamitani,A。;Nakamura,H.,配置无网格方法在特征值问题中的应用,等离子融合研究,7,2406096(2012)
[65] Shafranov,V.D.,磁流体动力学平衡配置,Sov。物理学。JETP,6545-554(1958)·Zbl 0081.21801号
[66] Sovinec,C.公司。;Glasser,A。;Gianakon,T。;巴恩斯,D。;内贝尔·R。;克鲁格,S。;Schnack,D。;普林普顿,S。;Tarditi,A。;朱,M。;团队,N.,使用高阶有限元进行非线性磁流体动力学模拟,J.Compute。物理。,195, 355-386 (2004) ·Zbl 1087.76070号
[67] 武田,T。;Tokuda,S.,托卡马克等离子体MHD平衡的计算,J.Compute。物理。,93, 1-107 (1991) ·Zbl 0716.76086号
[68] Tonti,E.,《关于物理理论的形式结构》(1975年),意大利国家研究委员会,技术代表。
[69] Tonti,E.,《经典和相对论物理的数学结构》(2013),Birkhäuser·Zbl 1298.00082号
[70] Tonti,E.,为什么从计算物理的微分方程开始?,J.计算。物理。,257, 1260-1290 (2014) ·Zbl 1351.35002号
[71] 扎哈罗夫,L.E。;Pletzer,A.,求解Grad-Shafranov方程的扰动平衡理论,物理学。等离子体,64693(1999)
此参考列表基于出版商或数字数学图书馆提供的信息。它的项目与zbMATH标识符启发式匹配,并且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。