2019年6月21日 五室第109期研讨会

2019621 五室第109期研讨会

题  目:回旋动理学粒子模拟与全轨道粒子模拟的比较

报告人胡友俊

 时  间:2019年6月21日(星期五)  14:30—15:30

地  点:6楼中间办公室

摘  要:

从上个世纪90年代开始, 回旋动理学模拟逐渐成为研究托卡马克湍流输运的标准方法。 传统的包含回旋运动的粒子模拟方法对研究高频波现象是常用的方法, 但对研究低频湍流现象, 仍然面临时间步长与数值稳定性等限制,因而未能在这一领域广泛应用。我同时尝试过这两种模拟手段,对二者的区别有一点体会。我想借周五讨论的机会,梳理一些这两种模拟方法。对回旋动理学模拟, 从基本的麦克斯韦方程组出发,采用矢势与标势描述,导出回旋动理学模拟中要求解的场方程的具体形式。 然后定义导心变换,并讨论一下Frieman-Chen的非线性回旋动理学方程的推导步骤,以及回旋动理学模拟中非常重要的极化密度,回旋平均的数值处理及场方程的数值求解。给出回旋动理学模拟出的离子温度梯度模(ITG)与电子温度梯度模(ETG)的结果。讨论绝热电子与动理学电子, 静电模型与电磁模型所带来的处理方法的区别, 以及电磁模拟中的数值抵销误差问题。 对全轨道模拟方法,介绍计算全轨道的Boris算法及其相对于Runge-Kutta方法的优越性。由于没有回旋平均,全轨道粒子模拟的噪声比回旋动理学粒子模拟的噪声大。与回旋动理学模拟不同, 在全轨道模拟中,等离子体温与度密度的空间梯度不显式出现在模型中,如何把梯度效应包含到模拟中的是一个很微妙且很关键的问题。最后给出用全轨道粒子模拟给出的ITG与ETG的结果及仍然面临的一些数值困难。

~欢迎感兴趣的同志参加~