We discretize the Vlasov-Poisson system using conservative semi-Lagrangian (CSL) discontinuous Galerkin (DG) schemes that are asymptotic preserving (AP) in the quasi-neutral limit. The proposed method (CSLDG) relies on two key ingredients: the CSLDG discretization and a reformulated Poisson equation (RPE). The use of the CSL formulation ensures local mass conservation and circumvents the Courant-Friedrichs-Lewy condition, while the DG method provides high-order accuracy for capturing fine-scale phase space structures of the distribution function. The RPE is derived by the Poisson equation coupled with moments of the Vlasov equation. The synergy between the CSLDG and RPE components makes it possible to obtain reliable numerical solutions, even when the spatial and temporal resolution might not fully resolve the Debye length. We rigorously prove that the proposed method is asymptotically stable, consistent and satisfies AP properties. Moreover, its efficiency is maintained across non-quasi-neutral and quasi-neutral regimes. These properties of our approach are essential for accurate and robust numerical simulation of complex electrostatic plasmas. Several numerical experiments verify the accuracy, stability and efficiency of the proposed CSLDG schemes.


翻译:本文采用在准中性极限下具有渐近保持特性的守恒半拉格朗日间断伽辽金格式对Vlasov-Poisson系统进行离散化。所提出的CSLDG方法基于两个核心要素:CSLDG离散格式与重构泊松方程。采用守恒半拉格朗日表述确保了局部质量守恒并规避了Courant-Friedrichs-Lewy条件限制,而间断伽辽金方法为捕捉分布函数相空间精细结构提供了高阶精度。重构泊松方程通过泊松方程与Vlasov方程矩耦合推导得出。CSLDG与重构泊松方程的协同作用使得即使在时空分辨率未能完全解析德拜长度的条件下,仍能获得可靠的数值解。我们严格证明了所提方法具有渐近稳定性、相容性并满足渐近保持特性。此外,该方法在非准中性与准中性区域均能保持计算效率。这些特性对于复杂静电等离子体的精确鲁棒数值模拟至关重要。系列数值实验验证了所提CSLDG格式的精度、稳定性与计算效率。

0
下载
关闭预览

相关内容

Linux导论,Introduction to Linux,96页ppt
专知会员服务
82+阅读 · 2020年7月26日
FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
34+阅读 · 2019年10月18日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
60+阅读 · 2019年10月17日
《DeepGCNs: Making GCNs Go as Deep as CNNs》
专知会员服务
32+阅读 · 2019年10月17日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
164+阅读 · 2019年10月12日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
41+阅读 · 2019年10月9日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2016年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
46+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
14+阅读 · 2018年4月18日
VIP会员
相关资讯
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
相关基金
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2016年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
46+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员