Highly efficient energy-conserving moment method for the multi-dimensional Vlasov-Maxwell system
Highly efficient energy-conserving moment method for the multi-dimensional Vlasov-Maxwell system
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多维Vlasov-Maxwell系统高效节能矩法
DOI：
10.1016/j.jcp.2022.111863
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发表时间：
2022-05
影响因子：
4.1
通讯作者：
Yanli Wang
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Tianai Yin;Xinghui Zhong;Yanli Wang
本文涉及一种基于[7]中提出的正则化矩方法求解多维 Vlasov-Maxwell (VM) 系统的节能数值方法。在Hermite展开的框架下，推导了VM系统的全局双曲矩系统，其中展开中心和比例因子分别设置为宏观速度和局部温度。因此，洛伦兹力项的影响可以简化为关于宏观速度和高阶力矩系数的多个常微分方程，这可以显着降低整个系统的计算成本。提出了一种节能数值方案来求解矩方程和麦克斯韦方程组，其中仅需要隐式求解小型线性系统。研究了Landau阻尼、两流不稳定性、Weibel不稳定性和二维Orszag-Tang涡问题等基准算例，验证了数值格式的效率和优异的节能性能。
This paper concerns an energy-conserving numerical method to solve the multi-dimensional Vlasov-Maxwell (VM) system based on the regularized moment method proposed in [7]. The globally hyperbolic moment system is deduced for the VM system under the framework of Hermite expansions, where the expansion center and the scaling factor are set as the macroscopic velocity and the local temperature, respectively. Thus, the effect of the Lorentz force term can be reduced into several ODEs regarding the macroscopic velocity and the higher-order moment coefficients, which can significantly reduce the computational cost of the whole system. An energy-conserving numerical scheme is proposed to solve the moment equations and Maxwell's equations, where only a small linear system needs to be solved implicitly. Benchmark examples such as Landau damping, two-stream instability, Weibel instability, and two-dimensional Orszag-Tang vortex problem are studied to validate the efficiency and excellent energy-preserving property of the numerical scheme.
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影响因子：
4.6
作者：
J. Dawson
通讯作者：
J. Dawson
DOI：
10.1007/978-1-4757-4030-1
发表时间：
1986
期刊：
--
影响因子：
--
作者：
J. A. Bittencourt
通讯作者：
J. A. Bittencourt
DOI：
10.1063/1.4774063
发表时间：
2010-11
期刊：
arXiv: Plasma Physics
影响因子：
--
作者：
P. Morrison
通讯作者：
P. Morrison
DOI：
10.1016/j.jcp.2014.09.010
发表时间：
2014-12
期刊：
J. Comput. Phys.
影响因子：
--
作者：
Éric Madaule;M. Restelli;E. Sonnendrücker
通讯作者：
Éric Madaule;M. Restelli;E. Sonnendrücker
DOI：
10.1016/j.jcp.2014.12.038
发表时间：
2015-03
期刊：
J. Comput. Phys.
影响因子：
--
作者：
W. Taitano;L. Chacón
通讯作者：
W. Taitano;L. Chacón