Kinetic equations are difficult to solve numerically due to their high dimensionality. A promising approach for reducing computational cost is the dynamical low-rank algorithm, which decouples the dimensions of the phase space by proposing an ansatz as the sum of separable (rank-1) functions in position and velocity respectively. The fluid asymptotic limit of collisional kinetic equations, obtained in the small-Knudsen number limit, admits a low-rank representation when written as $f = Mg$, where $M$ is the local Maxwellian, and $g$ is low-rank. We apply this decomposition to the Vlasov-Amp\`{e}re-Fokker-Planck equation of plasma dynamics, considering the asymptotic limit of strong collisions and electric field. We implement our proposed algorithm and demonstrate the expected improvement in computation time by comparison to an implementation that evolves the full solution tensor $f$. We also demonstrate that our algorithm can capture dynamics in both the kinetic regime, and in the fluid regime with relatively lower computational effort, thereby efficiently capturing the asymptotic fluid limit.


翻译:电动方程式很难在数字上解决,因为其高度的维度很高。 降低计算成本的一个很有希望的方法是动态低级算法,它通过提出一个相容方程式,将相位空间的维度分解为在方位和速度上的分解函数之和。在小Knudsen数字限制中获得的碰撞动因方方程式的流体无症状限制,在以美元=Mg$写成时,允许低级别代表制,美元为当地Maxwellian,美元为低级。我们将这种分解用于等离子体动力等式的Vlasov-Amp ⁇ e-re-Fokker-Planck等式,同时考虑到强烈碰撞和电场的无症状限制。我们实施了我们提议的算法,并表明计算时间的预期改进,与全方位方位Exorf$的落实相比。我们还表明,我们的算法可以捕捉到动态,既在运动式系统中,又以相对较低的计算努力速度的流体,从而高效地捕捉到液。

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