116 / 2021-06-12 10:33:57

真空放电等离子体的显隐式混合积分并行算法及其应用

针对等离子体仿真中面临的计算效率低和计算精度差等问题，本文提出了一种基于等离子体的三维混合模型的显隐式混合并行算法。其中，针对等离子体空间尺度跨度大的问题，在磁流体动力学模型和粒子动力学模型的理论基础上，构建真空放电等离子体的三维混合模型，将等离子体中的电子和金属离子分别描述为无质量流体和离散粒子。同时，针对该等离子体模型中时间尺度差异大的问题，提出显隐式混合积分并行算法，对电弧中的电磁场演进和离子运动分别采用显示和隐式时间格式计算，以实现场与粒子的统一时间步推进。利用并行计算机群系统，结合矩阵运算算法设计算法程序，实现三维混合模型的并行计算，并采用经雅可比预处理的Krylov子空间法进一步减小内存消耗，从而实现可应用于大规模科学计算的真空放电等离子体仿真的并行算法。最后，本文以真空断路器为仿真对象计算其开断的瞬态过程，通过分析典型电气参数，与实验对比电弧拓扑形态，进一步验证了显隐式混合积分并行算法在等离子体仿真中的计算效果和应用前景。