CC BY
21178
Минисимпозиум
Минисимпозиум МЕТОДЫ ЧАСТИЦ: ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ АСПЕКТЫ И СОВРЕМЕННЫЕ ПРИЛОЖЕНИЯ
Суперкомпьютерное моделирование полевой ионизации при взаимодействии лазерного импульса с плазмой
Е. А. Берендеев1, И. В. Тимофеев2
1Институт вычислительной математики и математической геофизики СО РАН 2Институт ядерной физики СО РАН Email: evgeny. [email protected] DOI: 10.24411/9999-017A-2020-10311
В работе рассматривается 2D3V аксиально симметричная PIC модель, с помощью которой проведены полномасштабные расчеты лабораторного эксперимента в ИЛФ СО РАН по генерации ЭМ волн на второй гармонике плазменной частоты при столкновении в сверхзвуковой газовой струе двух фемто-секундных лазерных импульсов. Предварительные расчеты столкновения лазерных импульсов в плазме показали возможность достижения эффективности оптико-терагерцового преобразования на уровне 0.02 %, однако было обнаружено, что значительный вклад в эту эффективность дает механизм плазменной антенны, который появляется после нарастания продольной модуляции плотности ионов и связан с конверсией каждой из кильватерных волн на такой модуляции. Для более точного воспроизведения реальных условий эксперимента в модель был добавлен механизм полевой ионизации, благодаря которому появилась возможность инжектировать лазеры непосредственно в газ и рассчитывать плотность образующихся в результате ионизации ионов.
Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (код проекта 19-07-00446).
О разрывном методе частиц для квазилинейного переноса
С. В. Богомолов1, М. А. Филиппова1, А. Е. Кувшинников2 1Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова 2Институт прикладной математики им. М. В. Келдыша РАН Email: [email protected] DOI: 10.24411/9999-017A-2020-10312
Разрывный метод частиц [1] является развитием методов частиц, одного из классов дискретных методов решения уравнений в частных производных. Основой всех методов частиц является микро-макропереход, или, используя традиционный подход, представление искомой функции в виде набора S-функций с их дальнейшей аппроксимацией классическими функциями. В настоящее время большой популярностью пользуются методы типа SPH (гидродинамики сглаженных частиц), в которых аппроксимирующие функции (функции ядра) являются достаточно гладкими. Подход разрывного метода частиц основан на аппроксимации S-функций последовательностью прямоугольных фигур. Данные прямоугольные фигуры и являются частицами. На каждом шаге по времени решаются уравнения движения частиц. Этот этап является предиктором нашего метода. Из-за разницы скоростей между частицами образуются пересечения или зазоры. Они представляют собой погрешность аппроксимации плотности распределения, которая в квазилинейном уравнении переноса суть скорость движения сплошной среды. На этапе корректора необходимо минимизировать эту погрешность, для чего будем изменять ширину частиц, тем самым подбирая правильную аппроксимацию S-функций. Этот этап можно считать специальным способом восстановления плотности, который позволяет наиболее точно моделировать разрывные решения, а именно, размазывать разрыв лишь на одну частицу, что является ключевой особенностью наших рассуждений и отличием от других алгоритмов. Таким методом были решены одномерные задачи для квазилинейного уравнения переноса, уравнения Бюргерса, системы уравнений мелкой воды и системы уравнений газовой динамики.
Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований в рамках научного проекта № 20-01-00358.
Методы частиц: вычислительные аспекты и современные приложения 179
Список литературы
1. Богомолов С. В., Кувшинников А. Е. Разрывный метод частиц на газодинамических примерах // Математическое моделирование. 2019. Т. 31, № 2. С. 63-77.
Два вида инжекции частиц для гибридной модели открытой плазменной ловушки
Е. А. Генрих, В. А. Вшивков
Институт вычислительной математики и математической геофизики СО РАН
Email: [email protected]
DOI: 10.24411/9999-017A-2020-10313
В настоящее время многие ученые заинтересованы в возможности создания компактных плазменных ловушек. В работе [1] предложена новая концепция эффективного удержания плазмы в диамагнитном режиме открытых ловушек. Для изучения этого режима была разработана гибридная математическая модель осесимметричной плазменной ловушки [2]. Модель основана на кинетическом описании для ионной компоненты плазмы и МГД-приближении для электронной компоненты. Движение ионной компоненты рассчитывается методом частиц-в-ячейках; для расчета полей и движения электронной компоненты используются конечно-разностные схемы.
Важно оценить зависимость получаемых результатов от различных факторов. На характер развития магнитной каверны оказывает влияние сама конфигурация магнитной ловушки и большое количество параметров эксперимента. В данной работе проводится сравнение результатов при двух типах ин-жекции частиц - точечной и цилиндрической. Приводятся результаты тестовых расчетов.
Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (проект 18-29-21025 мк).
Список литературы
1. Beklemishev A. D. Diamagnetic "bubble" equilibria in linear traps // Physics of Plasmas. 2016. Vol. 23. 082506
2. V. A. Vshivkov, M. A. Boronina, E. A. Genrikh, G. I. Dudnikova, L. V. Vshivkova, A. M. Sudakov. Hybrid numerical model of the plasma flow dynamics in open magnetic systems // J. of Physics: Conference Series (IOP), Vol. 1336, 2019.
Моделирование кавитации при контакте тела с дном методом SPH
М. Н. Давыдов
Институт гидродинамики им. М. А. Лаврентьева СО РАН Новосибирский государственный университет Email: [email protected] DOI: 10.24411/9999-017A-2020-10314
При падении тела в жидкости и ударе о дно могут возникнуть кавитационные разрывы в жидкости. Моделирование подобных явлений разностными методами, очевидно, связано со значительными сложностями. В докладе в рамках плоской постановки показаны результаты моделирования процесса погружения диска в жидкость и удара о дно. Первоначально жидкость заполняла прямоугольную область с жесткими стенками и дном, тело в виде диска также задавалось SPH частицами, двигающимися с постоянной скоростью.
При входе тела в жидкость по последней распространяется волна давления, которая в дальнейшем многократно отражается от дна и стенок области. При приближении тела к дну численное моделирование показывает, что происходит вытеснение жидкости из области контакта. Полученное распределение скорости позволяет полагать, что в дальнейшем, после остановки тела, инерционное движение жидкости приведет к возникновению разрывов получающейся тонкой жидкой пленки.
Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (код проекта 19-08-01010).
