A DSMC-PIC coupling method for the Vlasov-Maxwell-Landau system
Andrea Medaglia, Lorenzo Pareschi, Mattia Zanella
我们提出了一个用于模拟碰撞等离子体动力学的数值框架,该框架基于Vlasov-Maxwell-Landau系统的直接仿真蒙特卡洛(DSMC)和Particle-in-Cell(PIC)方法之间的耦合。 该方法将先前开发的用于均匀的Landau方程的DSMC技术扩展到完全不均匀的电磁机制。 Landau碰撞运算器通过随机粒子配方进行处理,灵感来自玻尔兹曼方程的放牧碰撞极限,该方程无需依赖完整的玻尔兹曼结构即可高效和物理一致的库仑相互作用表示。 由此产生的碰撞求解器通过操作员拆分与Vlasov-Maxwell动力学的标准PIC方案相结合,在选择现场离散和时间集成方面提供了灵活性。 整体方法保留了系统的主要物理不变性,同时保持计算效率和实现简单性。 关于基准问题的数字实验证明了耦合的DSMC-PIC方法在广泛的碰撞机制中的准确性,稳健性和有效性。
We present a numerical framework for the simulation of collisional plasma dynamics, based on a coupling between Direct Simulation Monte Carlo (DSMC) and Particle-in-Cell (PIC) methods for the Vlasov-Maxwell-Landau system. The approach extends previously developed DSMC techniques for the homogeneous Landau equation to the fully inhomogeneous, electromagnetic regime. The Landau collision operator is treated through a stochastic particle formulation inspired by the grazing-collision limit of the Bo...