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激光诱导逆流等离子体模拟的多物种、多流体模型。 (英语) Zbl 1467.76076号

摘要:逆流等离子体相互穿透是天体物理流、受控聚变装置设计和激光诱导等离子体实验等几个应用领域中的一个重要现象。由于所有物种/流体的单一速度表示,多物种“单流体”代码无法对这种现象进行建模。动力学代码虽然能够模拟相互穿透,但在计算上无法进行大规模模拟。本文中,我们提出了一个多流体模型,用于求解每个离子流体或流的流体方程。这允许不同的流通过静电和碰撞力相互作用。我们介绍并描述了我们的代码EUCLID,它使用保守的有限差分公式来离散空间中的控制方程。双曲通量的迎风近似采用5阶单调WENO格式,时间积分采用显式4阶Runge-Kutta格式。针对几个基准案例和制造的解决方案验证了该代码。我们模拟了反流等离子体在真空中以及气体填充情况下的一维和二维相互作用,其中的装置代表了激光诱导等离子体实验。

MSC公司:

76X05型 电磁场中的电离气体流动;浆状流
76M20码 有限差分方法在流体力学问题中的应用
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全文: 内政部

参考文献:

[1] Berzak Hopkins,L.F。;Le Pape,S。;Divol,L.公司。;Meezan,N.B。;Mackinnon,A.J。;Ho,D.D.,用高密度碳烧蚀器驱动聚变内爆的近真空黑洞,《物理等离子体》,22,5,056318(2015)
[2] Le Pape,S。;Berzak Hopkins,L.F。;Divol,L.公司。;北米赞。;特恩布尔,D。;Mackinnon,A.J.,《NIF的近真空空腔运动:一种新方法》,《物理等离子体》,23,5,056311(2016)
[3] 博世公司。;Berger,R.L。;Failor,B.H。;北卡罗来纳州德拉马特。;Charatis,G。;考夫曼,R.L.,激光照射磁盘产生的等离子体的碰撞和相互穿透,流体物理学B:等离子体物理学,4,4,979-988(1992)
[4] Kuramitsu,Y。;Sakawa,Y。;森田,T。;格雷戈里,C.D。;Waugh,J.N。;Dono,S.,反流激光产生等离子体中无碰撞冲击的时间演化,《物理评论》,106175002(2011)
[5] 帕克,H.-S。;Ryutov博士。;罗斯,J。;北卡罗来纳州库格兰。;Glenzer,S。;Plechaty,C.,《研究高能激光反流等离子体的天体物理无碰撞冲击》,高能密度物理学,8,1,38-45(2012)
[6] 罗斯,J.S。;Glenzer,S.H。;阿蒙德,P。;R.伯杰。;迪沃,L。;Kugland,N.L.,《描述与天体物理无碰撞冲击相关的反流互穿等离子体的特征》,《物理等离子体》,19,5,056501(2012)
[7] Ryutov,D.D。;库格兰,N.L。;新罕布什尔州帕克市。;Plechaty,C。;雷明顿,B.A。;Ross,J.S.,两个反流弱碰撞等离子体射流中的射流内冲击,《物理等离子体》,19,7,074501(2012)
[8] Marinak,M.M。;Haan,S.W。;Dittrich,T.R。;蒂普顿,R.E。;Zimmerman,G.B.,《利用HYDRA模拟对不同国家点火设施胶囊设计的三维多模流体动力不稳定性增长进行比较》,《物理等离子体》,5,4,1125-1132(1998)
[9] Dawson,J.M.,等离子体的粒子模拟,《现代物理学评论》,55,403-447(1983)
[10] Larroche,O.,等离子体碰撞实验的动力学模拟,物理流体B,5,8,2816-2840(1993)
[11] Sonnendrücker,E。;罗氏,J。;Bertrand,P。;Ghizzo,A.,《数值求解vlasov方程的半拉格朗日方法》,《计算物理杂志》,149,2201-220(1999)·Zbl 0934.76073号
[12] 马尔基迪斯,S。;拉彭塔,G。;Rizwan-uddin,使用iPIC3d对等离子体进行多尺度模拟,数学计算模拟,80,7,1509-1519(2010)·Zbl 1195.82086号
[13] 费尔贝特,F。;Sonnendrücker,E.,Eulerian Vlasov解算器的比较,计算物理通讯,150,3,247-266(2003)·Zbl 1196.82108号
[14] 卡根,G。;Tang,X.-Z.,含有两种离子的等离子体中的电扩散,《物理等离子体》,19,8,082709(2012)
[15] 卡根,G。;Tang,X.-Z.,惯性约束等离子体中的热扩散,物理学报A,378,21,1531-1535(2014)
[16] Braginskii,S.I.,《血浆中的转运过程》,《血浆物理学评论》,1205(1965)
[17] Anderson,D.,使用移动通量坐标网格对各向异性输运的高β等离子体进行轴对称多流体模拟,《计算物理杂志》,17,3,246-275(1975)
[18] 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,《公共计算物理》,9,2,240-268(2011)·兹比尔1364.35278
[19] 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,物理等离子体,18,9,092113(2011)
[20] Vold,E.L.,《多维和多流体等离子体边缘建模:现状和新方向》,Contrib plasma Phys,32,3–4,404-421(1992)
[21] 西蒙尼,R。;科里根,G。;Radford,G。;斯彭斯,J。;Taroni,A.,多流体二维边缘等离子体代码EDGE2D/U中的模型和数值,Contrib plasma Phys,34,2–3,368-373(1994)
[22] Meier,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,19,77072508(2012)
[23] 拉古纳,A.A。;拉尼,A。;Deconick,H。;曼苏尔,N。;Poedts,S.,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,《计算物理杂志》,318252-276(2016)·Zbl 1349.76299号
[24] 卡加斯,P。;哈基姆,A。;朱诺,J。;Srinivasan,B.,经典鞘层的连续动力学和多流体模拟,《物理等离子体》,24,2,022118(2017)
[25] Alvarez-Laguna,A。;Ozak,N。;拉尼,A。;Mansour,N.N。;Deconick,H。;Poedts,S.,部分电离和完全电离等离子体中多流体等离子体模型的通用数值方法,J Phys Conf Ser,1031,1012015(2018)
[26] Wingle,R.M.,《磁层的多流体模拟:用IMF识别地球顶及其变化》,Geophys-Res-Lett,25,24,4441-4444(1998)
[27] AlexashovD.公司。;Izmodenov,V.,日光层界面中氢原子的动力学与多流体模型:比较,Astron Astrophys,439,3,1171-1181(2005)
[28] 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,《计算物理杂志》,219,1,418-442(2006)·Zbl 1167.76384号
[33] Benilov,M.S.,具有各种正离子的等离子体的多流体方程和Bohm准则,《物理应用物理学杂志》,29,2,364(1996)
[34] Benilov,M.S.,非平衡等离子体的多流体描述,IEEE等离子体科学国际会议,163-164(1996)
[35] Sousa,E。;Shumlak,U.,求解多流体等离子体模型的混合连续-不连续有限元方法,J Comput Phys,326,56-75(2016)·Zbl 1373.76103号
[36] 斯里尼瓦桑,B。;卡根,G。;Adams,C.S.,《惯性约束聚变相关等离子体激波的多流体研究》,《物理学报》,7171012054(2016)
[37] 波拉克,S。;Gao,X.,多流体等离子体模型的自适应网格细化四阶有限体积法(2018),美国航空航天研究所
[38] Shumlak,美国。;Loverich,J.,双流体等离子体模型的近似黎曼解算器,J Comput Phys,187,2620-638(2003)·Zbl 1061.76526号
[39] Baboolal,S.,等离子体多流体中密度峰诱导孤子的有限差分建模,数学计算模拟,55,4,309-316(2001)·Zbl 0987.76065号
[41] Shumlak,美国。;莉莉·R。;Reddell,N。;Sousa,E。;Srinivasan,B.,《使用多流体等离子体模型的高级物理计算》,《计算物理通讯》,182、9、1767-1770(2011)
[42] 伯杰,R.L。;Albritton,J.R。;Randall,C.J。;威廉姆斯,E.A。;Kruer,W.L。;Langdon,A.B.,互穿等离子体流的停止和热化,《物理流体B》,3,1,3-12(1991)
[44] 兰博,P.W。;Procassini,R.J.,《激光产生碰撞等离子体的动力学和多流体模拟的比较》,《物理等离子体》,2,8,3130-3145(1995)
[45] 舒,C.-W。;Osher,S.,《本质上非振荡冲击捕获方案的有效实现》,《计算物理杂志》,77,2,439-471(1988)·Zbl 0653.65072号
[46] 舒,C.-W。;Osher,S.,《本质上非振荡冲击捕获方案的有效实现》,II,J Compute Phys,83,1,32-78(1989)·Zbl 0674.65061号
[47] 亚当斯,M。;科尔拉,P。;格雷夫斯,D.T。;约翰逊,J。;基恩,N。;Ligocki,T.J.,amr应用的Chombo软件包-设计文件,技术代表(2015),劳伦斯伯克利国家实验室
[48] 蒋国胜。;Shu,C.-W.,加权ENO方案的有效实施,计算物理杂志,126,1202-228(1996)·Zbl 0877.65065号
[49] Balsara,D.S。;Shu,C.-W.,具有越来越高精度的保单调加权本质非振荡格式,计算物理杂志,160,2,405-452(2000)·Zbl 0961.65078号
[50] Laney,C.B.,《计算气体动力学》(1998),剑桥大学出版社·Zbl 0947.76001号
[51] Wolfram Research,Inc.Mathematica,11.3版,伊利诺伊州香槟市,2018年。;Wolfram Research,Inc.Mathematica,11.3版,伊利诺伊州香槟市,2018年。
[52] Sod,G.A.,非线性双曲守恒律系统的几种有限差分方法综述,计算物理杂志,27,1,1-31(1978)·Zbl 0387.76063号
[53] 罗斯,J.S。;帕克,H.-S。;R.伯杰。;Divol,L.公司。;库格兰,N.L。;Rozmus,W.,逆流等离子体流中离子和电子温度的无碰撞耦合,《物理评论》,第110期,第145005页(2013年)
[54] Chen,F.F.,《等离子体物理和受控聚变导论》(1984),施普林格国际出版社:瑞士施普林格出版社
[55] 阿舍尔,U.M。;Ruuth,S.J。;Spiteri,R.J.,含时偏微分方程的隐式显式Runge-Kutta方法,应用数值数学,25,2-3,151-167(1997)·Zbl 0896.65061号
[56] 肯尼迪,C.A。;Carpenter,M.H.,对流-扩散-反应方程的加法Runge-Kutta格式,应用数值数学,44,1-2,139-181(2003)·Zbl 1013.65103号
[57] Pareschi,L。;Russo,G.,隐式显式Runge-Kutta格式及其在松弛双曲方程组中的应用,科学计算杂志,25,1-2,129-155(2005)·Zbl 1203.65111号
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