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Yee 网格以交错网格为代价，本质上满足了麦克斯韦方程的对合，使其成为粒子胞内 (PIC) 方法的最佳场求解器之一。在这张海报中，我们展示了一种应对这一挑战的 Vlasov-Maxwell 系统的新 PIC 方法。使用 Lorenz 规范将电场和磁场转换为矢量和标量势，麦克斯韦方程变为一组共位网格上的解耦矢量和标量波动方程，并且在牛顿-洛伦兹方程上采用粒子更新方程的不可分离哈密顿量公式。控制势的波动方程用线转置法求解，在时间上半离散化并求解由此产生的边界值问题。这将首先使用后向差分法在时间上离散化，并使用格林函数求解边界值问题，从而得到时间上一阶、空间上五阶和无条件稳定的方法 [1]。除了这些优点之外，它的空间导数也同样精确，这意味着哈密顿更新方程中的所有导数都与场本身一样精确。此外，时间一致性特性揭示了半离散连续性方程和半离散洛伦兹规范条件之间的等价性，以及半离散洛伦兹规范条件下的高斯定律 [2]。最后，这种时间一致性特性将在许多其他共置场求解器中探索，这些求解器具有二阶中心差分格式、所有后向差分格式和所有对角隐式龙格库塔格式 [3]。数值结果将在多个实验中展示这些方法。 *本研究得到了 AFOSR 拨款 FA9550-19-1-0281 和 FA9550-17-1-0394、NSF 拨款 DMS-1912183 和 DOE 拨款 DE-SC0023164 的支持。参考文献 [1] Christlieb, AJ、Sands, WA 和 White, SR，《具有广义动量公式的等离子体粒子内胞方法》，第一部分：模型公式，2024 年。arXiv: 2208.11291 [physics.plasm-ph]。 [2] Christlieb, AJ、Sands, WA 和 White, SR，《具有广义动量公式的等离子体粒子内胞方法》，第二部分：实施 Lorenz 规范条件。J Sci Comput 101，73（2024 年）。https://doi.org/10.1007/s10915-024-02728-6。 [3] Christlieb, AJ、Sands, WA 和 White, SR，《具有广义动量公式的等离子体粒子内网格方法》第三部分：一类规范守恒方法，2024 年。arXiv: 2410.18414 [physics.plasm-ph]。
第 15 届年度研究生研讨会 - MIPSE
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