Avances en la Implementación del Método de Partículas en Celda Semi-Implícito que Conserva Exactamente la Energía (ECsim)
Autores: Lapenta, Giovanni
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
2023
Avances en la Implementación del Método de Partículas en Celda Semi-Implícito que Conserva Exactamente la Energía (ECsim)
Categoría
Ciencias Naturales y Subdisciplinas
Subcategoría
Física
Palabras clave
Método semi-implícito que conserva energía
Matriz de masa
Acoplamiento partícula-campo
Sub-ciclado
Método de momento implícito
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 18
Citaciones: Sin citaciones
El método de conservación de energía semi-implícito (ECsim) presentado por el autor en 2017 es un algoritmo de partículas en celdas (PIC) para la simulación de plasmas. La conservación de energía se logra dentro de una formulación semi-implícita que no requiere ningún solucionador no lineal. Se introduce una matriz de masa para expresar linealmente el acoplamiento partícula-campo. Con la matriz de masa, el algoritmo preserva la conservación de energía con precisión de máquina. La construcción de la matriz de masa es la naturaleza central del método y también el principal costo del ciclo computacional. Aquí se analizan tres métodos que modifican la construcción de la matriz de masa. Primero, el artículo considera cómo el sub-ciclado del movimiento de partículas modifica la matriz de masa. En segundo lugar, se introduce una forma de suavizado que reduce el ruido mientras se mantiene la conservación exacta de energía. Finalmente, se discute una aproximación de la matriz de masa que transforma el esquema ECsim en el método de momentos implícitos.
Descripción
El método de conservación de energía semi-implícito (ECsim) presentado por el autor en 2017 es un algoritmo de partículas en celdas (PIC) para la simulación de plasmas. La conservación de energía se logra dentro de una formulación semi-implícita que no requiere ningún solucionador no lineal. Se introduce una matriz de masa para expresar linealmente el acoplamiento partícula-campo. Con la matriz de masa, el algoritmo preserva la conservación de energía con precisión de máquina. La construcción de la matriz de masa es la naturaleza central del método y también el principal costo del ciclo computacional. Aquí se analizan tres métodos que modifican la construcción de la matriz de masa. Primero, el artículo considera cómo el sub-ciclado del movimiento de partículas modifica la matriz de masa. En segundo lugar, se introduce una forma de suavizado que reduce el ruido mientras se mantiene la conservación exacta de energía. Finalmente, se discute una aproximación de la matriz de masa que transforma el esquema ECsim en el método de momentos implícitos.