In this paper, we develop an asymptotic-preserving and energy-conserving (APEC) Particle-In-Cell (PIC) algorithm for the Vlasov-Maxwell system. This algorithm not only guarantees that the asymptotic limiting of the discrete scheme is a consistent and stable discretization of the quasi-neutral limit of the continuous model, but also preserves Gauss's law and energy conservation at the same time, thus it is promising to provide stable simulations of complex plasma systems even in the quasi-neutral regime. The key ingredients for achieving these properties include the generalized Ohm's law for electric field such that the asymptotic-preserving discretization can be achieved, and a proper decomposition of the effects of the electromagnetic fields such that a Lagrange multiplier method can be appropriately employed for correcting the kinetic energy. We investigate the performance of the APEC method with three benchmark tests in one dimension, including the linear Landau damping, the bump-on-tail problem and the two-stream instability. Detailed comparisons are conducted by including the results from the classical explicit leapfrog and the previously developed asymptotic-preserving PIC schemes. Our numerical experiments show that the proposed APEC scheme can give accurate and stable simulations both kinetic and quasi-neutral regimes, demonstrating the attractive properties of the method crossing scales.


翻译:在本文中,我们为弗拉索夫-马克斯韦尔系统开发了一种无症状保存和节能(APEC)粒子(PIC)算法,用于Vlasov-Maxwell系统,这种算法不仅保证对离散机的无症状限制是连续模型准中性极限的一致和稳定的分解,而且还同时维护高斯的法律和节能,从而有望提供复杂等离子系统的稳定模拟,即使在准中性制度中也是如此。实现这些特性的关键因素包括:普遍奥姆电域法,例如可以实现无症状保存离散,以及电机场的无症状限制效果的适当分解,这样就能够适当地使用拉格兰茨乘数法来纠正动态能量。我们用一个方面的三个基准测试来调查亚太经合组织方法的绩效,包括线性Landau阻断、连锁问题和两流不稳定。进行详细比较的方式是,包括传统的直观静态静态静态静态空间实验方案的结果,以及以前制定的具有吸引力的静态亚太统计方法,从而展示了我们保守的跨式模拟方法,从而展示了我们所研拟的精确的跨级的跨级模型和先变的模型。

0
下载
关闭预览

相关内容

不可错过!《机器学习100讲》课程,UBC Mark Schmidt讲授
专知会员服务
73+阅读 · 2022年6月28日
Linux导论,Introduction to Linux,96页ppt
专知会员服务
77+阅读 · 2020年7月26日
专知会员服务
159+阅读 · 2020年1月16日
【哈佛大学商学院课程Fall 2019】机器学习可解释性
专知会员服务
103+阅读 · 2019年10月9日
AIART 2022 Call for Papers
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年2月13日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium9
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年12月17日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium8
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月16日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium7
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月15日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium6
中国图象图形学学会CSIG
2+阅读 · 2021年11月12日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium4
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月10日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium2
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月8日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium1
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月3日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
26+阅读 · 2019年5月22日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
16+阅读 · 2018年12月24日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2022年10月27日
Arxiv
0+阅读 · 2022年10月26日
VIP会员
相关资讯
AIART 2022 Call for Papers
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年2月13日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium9
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年12月17日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium8
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月16日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium7
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月15日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium6
中国图象图形学学会CSIG
2+阅读 · 2021年11月12日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium4
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月10日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium2
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月8日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium1
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月3日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
26+阅读 · 2019年5月22日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
16+阅读 · 2018年12月24日
相关基金
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员