We study a 1D geometry of a plasma confined between two conducting floating walls with applications to laboratory plasmas. These plasmas are characterized by a quasi-neutral bulk that is joined to the wall by a thin boundary layer called sheath that is positively charged. Although analytical solutions are available in the sheath and the pre-sheath, joining the two areas by one analytical solution is still an open problem which requires the numerical resolution of the fluid equations coupled to Poisson equation. Current numerical schemes use high-order discretizations to correctly capture the electron current in the sheath, presenting unsatisfactory results in the boundary layer and they are not adapted to all the possible collisional regimes. In this work, we identify the main numerical challenges that arise when attempting the simulations of such configuration and we propose explanations for the observed phenomena via numerical analysis. We propose a numerical scheme with controlled diffusion as well as new discrete boundary conditions that address the identified issues.


翻译:我们研究一个1D等离子体的几何方法,该等离子体介于两个进行浮墙的两面之间,并应用于实验室等离子体。这些等离子体的特征是半中性散装物,与墙上一块称为直线的薄边界层相连接,即正电荷。虽然在层层和前层有分析解决方案,但用一个分析解决方案将两个区域结合成一个分析解决方案,这仍然是一个尚未解决的问题,需要用数字来解析流方程式与Poisson方程。目前的数字方法使用高分解法来正确捕捉沙拉的电流,在边界层产生不令人满意的结果,而且不适应所有可能的碰撞机制。在这项工作中,我们确定了在尝试模拟这种配置时出现的主要数字挑战,并通过数字分析提出所观察到的现象的解释。我们提出了一个数字方案,有控制地扩散以及解决所发现问题的新的离子边界条件。

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