粒子模拟激光斜入射边界条件的处理

讨论了电磁场模拟中的非反射边界条件,详细推导了斜入射情况非反射边界条件的有限差分格式,并在粒子模拟程序LARED-P上将其实现,同时给出了激光斜入射时的数值模拟结果.     

二维空间电荷限制流实验研究

对基于圆柱平板结构电子枪的二维空间电荷限制流进行了研究.采用粒子模拟软件详细探讨了二维空间电荷限制流随间距、电压、逸出功、温度、阴极结构等物理量的变化关系.设计了一种实用圆柱平板结构电子枪,对其空间电荷限制流和发射性能进行了实验探索.通过测试,发射电流与二维模型的比较吻合,远大于一维模型的结果.     

无箔二极管电磁PIC模拟空间电荷限制发射模型比较

 为了在无箔二极管电磁PIC模拟中采用与电磁场自洽的空间电荷限制发射模型，对查尔特定律模型、高斯定律模型和一维二极管模型进行了理论分析和实例模拟比较。模拟结果表明，三种模型都能与电磁场自洽并反映外加磁场对发射电流的影响，但高斯定律模型受网格剖分粗细程度的影响较大且容易产生振荡，一维二极管模型在网格参数合理的情况下结果与查尔特定律模型基本接近，但需要求解超越方程，花费时间多。通过对模拟结果进行分析和比较，认为外加磁场对电子发射模型本身的影响很小，在电磁PIC数值模拟中可以不考虑，因此，查尔特定律模型更适合用于无箔二极管的电磁PIC模拟。     

用时域有限差分法实现金属支撑杆的计算机模拟

在三维Yee网格模型以及蛙跳模型的基础上建立了支撑杆的数学模型，推导了支撑杆在三维直角坐标系下的电流及单位长度上电感的计算公式.讨论了二维、三维空间网格上不同支撑杆取向及不同坐标系下的实现方法，同时也给出了支撑杆在时域有限差分主迭代循环中的子迭代方法.以磁绝缘线振荡器为例，从其粒子运动及输出功率方面验证了模拟的正确性. 关键词： 粒子模拟 Yee网格 时域有限差分 支撑杆     

基于JASMIN并行框架的2.5维粒子模拟程序NEPTUNE2D的研制北大核心CSCD

介绍了2.5维自主研制的并行电磁粒子模拟程序NEPTUNE2D初步研发情况。该程序基于JASMIN并行自适应结构网格支撑框架研制,并行效能高,可扩展性强,且支持动态负载平衡;采用新型PIC算法替代传统算法,避免求解泊松方程修正电场,更适用于大规模并行计算;程序支持r-z坐标系下的器件仿真,可应用于高功率微波器件、电真空器件的快速模拟设计。该程序现已完成电磁场更新、粒子推进、电磁场注入/引出、粒子发射/吸收等基本物理功能模块的研制,并通过同轴线、圆波导、同轴二极管及无箔二极管算例模拟验证了模块的正确性。最后,应用NEPTUNE2D程序设计了一个高效同轴相对论返波管,给出了粒子模拟结果和并行性能测试结果。     

3维并行全电磁粒子模拟软件UNIPIC-3D

介绍了自行研制的3维并行全电磁粒子模拟软件UNIPIC-3D。在该软件中,电磁场量用二阶精度的时域有限差分方法迭代,粒子用相对论牛顿-洛仑兹力方程推进。该软件拥有复杂器件的几何建模和网格自动剖分的功能,具有模拟相对论返波管、虚阴极振荡器、磁绝缘线振荡器等高功率微波器件的能力。且该软件具有强大的后处理功能,可以显示电场、磁场、电流、电压、功率、频谱、粒子相空间等。在高性能并行计算机上对软件的并行效率进行了测试。通过与2.5维UNIPIC软件的结果进行比较,验证了UNIPIC-3D软件的正确性。     

基于时域多分辨算法的非球形气溶胶散射特性仿真模拟

非球形气溶胶的散射特性是影响辐射传输模拟准确性的重要因素.为实现非球形、非均质气溶胶散射特性的模拟,基于MRTD(multi-resolution time-domain)方法建立了一个新的气溶胶散射模型.采用MRTD技术实现了近场电磁场的计算;考虑气溶胶的特殊性,推导了基于体积积分方法的近远场外推方法,实现了粒子散射振幅矩阵和穆勒矩阵的仿真;构建了粒子吸收和消光截面的计算模型,实现了粒子积分散射特性的高精度模拟.将MRTD散射模型的结果与Mie理论、T矩阵法进行了对比,验证了模型的准确性;讨论了空间网格粗细对模拟精度的影响,并定量分析了模型的运行效率.结果表明,MRTD散射模型的相函数模拟误差小于8%,其中前向散射方向小于4%;当粒径与入射光波长相当时,消光和散射效率因子的相对误差小于0.1%;空间网格粗细对模拟精度影响显著,当粒子尺度参数小于20时,在相同模拟精度要求下,所需网格尺寸随尺度参数呈先增大后减小的特征.     

等离子体粒子模拟中的有效电流分配方法

介绍Villasenor和Buneman提出的一种可以自动满足静电修正要求的有效电流分配方法.着重讨论在实际模拟中对出界粒子施加粒子边界条件时这种方法有效性的破坏,针对几种典型的粒子边界条件,提出相应的修正方案.模拟实例表明,采用此方法及修正方案后,得到的电磁场能自动地满足Poisson方程.     

无网格等离子体静电模粒子模拟方法

介绍了一种无网格粒子模拟方法:三维快速多极展开方法(3DFMM),对其进行改进以提高精度.在低维粒子模拟中,采用具有低维运动的球粒子模型.模拟了尘埃粒子在背景等离子体中产生的势场,以及等离子体中电子相对于离子运动所引起的不稳定性,并得到合理的物理图象.     

基于OpenMP的3维粒子模拟并行计算

基于OpenMP标准分别设计了粒子模拟方法中电磁场计算、粒子运动求解、电荷密度和电流密度更新的并行计算实现算法。在多核计算机上对所设计并行算法进行了性能测试和分析,根据分析结果在3维并行粒子模拟软件CHIPIC3D上实现了基于OpenMP的并行计算功能,并应用其对一种扩展互作用振荡器进行了基于OpenMP的并行模拟和基于OpenMP/MPI混合模式的并行模拟。模拟结果表明并行算法正确并能取得较高的加速比。     

Transient heating effects in electromagnetic launchers with complex geometries: A 3D hybrid FE/BE analysis

A time-stepping finite-element (FE) and boundary-element (BE) coupling method was implemented to include 3D transient eddy current under electromagnetic heating effects in electromagnetic launchers. Lagrangian formulations were used to model electromagnetic and thermal diffusive processes with moving conductors. The finite-element formulation was employed for the general diffusion equation in a bounded conductor region including rail and armature; while, in the exterior region, the boundary element method was developed for Laplace's equation. The coupled boundary was employed directly on the surface of conductors and no special treatment on boundary was required. The electromagnetic and temperature fields were coupled through iterative calculations. This method results in considerable time saving in modeling as it eliminates the surrounding air region.     

时域有限差分法中电磁场的吸收边界条件

吸收边界条件在时域有限差分法计算电磁场中有着广泛的应用,从吸收边界所要满足的条件出发,将Lindman吸收边界条件推广,得到了便于计算的简化形式.两维数值模拟结果表明:以各种角度向左或右传播的p极化和s极化电磁波在边界面上的反射率均低于0.5%.     

Kinetic theory of semibounded plasma with randomly scattering boundary

The electromagnetic fields created by an arbitraty distribution of sources in a semibounded plasma with random Scattering of charged particles by the boundary surface are calculated. A model boundary condition is employed that ensures simultaneously preservation of the number of particles and the absence of particle flow through the boundary. The electric-susceptibility tensors, surface impedances, and coefficients of reflection of plane electromagnetic waves from a plasma half-space are found. Invariance of the distributions of s-polarized electromagnetic waves with respect to the selected model of a randomly scattering boundary is established.     

2D/3D CFETR����ҵ�ż���

基于ANSYS对CFETR真空室简化模型进行了2D/3D电磁分析,得到了真空室磁场强度以及电磁力的分布.分析结果显示2D/3D真空室的磁场强度及电磁力分布基本一致,这表明了可以使用2D模型替代3D模型对未来真空室简化模型进行电磁分析.     

2D/3D CFETR真空室电磁计算

基于ANSYS对CFETR真空室简化模型进行了2D/3D电磁分析,得到了真空室磁场强度以及电磁力的分布。分析结果显示2D/3D真空室的磁场强度及电磁力分布基本一致,这表明了可以使用2D模型替代3D模型对未来真空室简化模型进行电磁分析。     

Effective Maxwell equations for finite planar samples in QHE regime

Effective Maxwell equations for the mean quantum electromagnetic field in planar samples in QHE regime are investigated. Boundary conditions to be satisfied by the mean field intensities at the filamentary boundaries (edges) are determined. For ideal strictly 2D samples embedded in real 3D space, these constraints imply that the total filamentary charge at the boundaries (the free plus polarization terms) and current densities identically vanish at all times. In the static limit the exact quantization of the Hall resistance of samples of arbitrary form, directly follows from the boundary condition. The equations for the electromagnetic response in a neighborhood of the edge of a half-plane in QHE regime are solved. The system exhibits a weak diamagnetic response and inhomogeneous charge and current distributions develop in the sample.     

地面附近架高线缆HEMP响应计算的Agrawal和Taylor模型比较

研究在高空核爆电磁脉冲(HEMP)的作用下,地面附近架高线缆感应瞬态电压、电流的传输线模型计算方法并进行比较。考虑到有耗地面的电气参数,列举了Agrawal和Taylor两种传输线理论模型的异同,应用格林函数求积分和叠加定理,分别采用两种模型,计算并比较了不同入射波和线缆布放状态下的电压、电流响应,以及各场分量(水平电场、垂直电场和水平磁场)单独存在时对电流、电压响应的贡献。结果显示,Agrawal和Taylor模型得到的电压、电流响应是一致的,可以考虑在有界波电磁脉冲模拟器中进行短线缆的效应实验;由于相同的场分量在不同的模型中对电压、电流响应的贡献并不相同,因此在阐述某一场分量对线缆响应贡献大小时,应该首先说明所采用的传输线模型。     

C型固体电枢3维有限元电磁发射计算

对轨道型固体电枢电磁发射的电磁过程进行了研究,建立了基于麦克斯韦准静态A-Φ场方程的3维静枢电磁发射数值模型。利用ANSYS有限元电磁模块结合发射装置的实测参数,对电枢在静枢模型下的电磁发射进行了模拟。计算结果表明:馈入相同电流加载波形时,流经C型电枢的电流密度、磁通量以及电磁发射过程中所受电磁力,在不同时刻的内部分布、峰值和大小均与文献计算结果相符。     

正三角形上本征函数的对称性

由D3群一维表示,得到了正三角形上满足Dirichlet边界条件拉普拉斯算子的本征值和本征函数,并讨论了本征函数的对称性.     

单轴晶体内表面入射e光线的双反射

基于光线遵从的Fermat原理,从几何学的角度讨论和分析了在单轴晶体中入射的e光线在界面上的双反射,得到了确定光线反射方向的一般公式,并对几种特殊情况进行了讨论.指出了上述结果与由电磁波的边界条件计算所得结果是一致的.