[發明專利]一種二維高精度迭代的非磁化等離子體中的實現方法

有效

• 申請號: 201710205431.5
• 申請日: 2017-03-31
• 公開（公告）號: CN107016184B
• 公開（公告）日: 2021-02-12
• 發明（設計）人: 席曉莉;方云;蒲玉蓉;劉江凡;趙雨辰
• 申請（專利權）人: 西安理工大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23
• 代理公司: 西安弘理專利事務所 61214
• 代理人: 成丹

1.一種二維高精度迭代的非磁化等離子體中的實現方法，其特征在于，按照以下步驟實施：

步驟1：輸入模型文件；具體為：

計算區域大小N_x×N_y，其中N_x為x方向的網格數，N_y為y方向的網格數；空間步長Δη，η＝(x，y)，x為橫坐標，y為縱坐標；時間步長Δt；真空中的電導率σ，磁導率μ₀，介電常數ε₀；等離子體碰撞頻率υ與等離子體頻率ω_p；等離子體在計算區域中的位置；吸收邊界層數NPML與相關參數κ_ηmax，α_ηmax，σ_ηmax；κ_ηmax取整數，κ_ηmax取值范圍為[1，60]；α_ηmax取值范圍為[0，1)；σ_ηmax/σ_opt取值范圍為(0，12]，σ_opt＝(m+1)/150πΔη，m取值范圍為[1，20]，Δη取值范圍為λ為源的波長；仿真計算時長T_f；迭代次數k，k≥0且為整數；加權拉蓋爾多項式的階數q，q≥0且為整數；時間尺度因子s，s取值范圍為[10⁹，10¹³]；觀測點；場源參數；

步驟2：初始化參數和設置參數；

初始化的參數具體為：

將整個計算區域的電磁場分量系數整個計算區域的極化電流密度系數整個計算區域的電磁場分量系數的和整個計算區域的極化電流密度系數的和整個計算區域的輔助變量和其中表示表示拉蓋爾多項式其中全部初始化為零，是帶有時間尺度因子s＞0的擴展時間，t表示時間，單位為秒；非磁化等離子體參數C₅,C₆初始化為C₅＝0，C₆＝2；PML系數C_1η，C_2η，C₃，C₄初始化為C_1η＝2/ε₀s，C_2η＝1，C₃＝ε₀/μ₀，C₄＝2/(ε₀s)，式中，η＝(x，y)，x為橫坐標，y為縱坐標，ε₀是空氣中的介電常數，s為時間尺度因子，取值范圍為[10⁹，10¹³]，μ₀是空氣中的磁導率；

設置的參數具體為：

設置帶有CFS因子的SC-PML吸收邊界的參數σ_η,κ_η,α_η；具體為：

σ_η＝σ_ηmax|η-η₀|^m/d^m；

κ_η＝1+(κ_ηmax-1)|η-η₀|^m/d^m；

α_η＝α_ηmax；

其中，η＝(x，y)，η₀為PML層與非PML截面位置，d是PML吸收邊界的厚度，κ_ηmax取整數，κ_ηmax取值范圍為[1，60]；α_ηmax取值范圍為[0，1)；σ_ηmax根據σ_opt來設置，σ_ηmax/σ_opt取值范圍為(0，12]，σ_opt＝(m+1)/150πΔη，m取值范圍為[1，20]，Δη取值范圍為λ為源的波長；

設置PML系數C_1η，C_2η和與等離子參數相關的系數C₅，C₆；具體為：

C_1η＝1/(κ_ηα_η+σ_η+0.5κ_ηε₀s)，C_2η＝(2α_η/ε₀s+1)；

步驟3：添加場源到y方向上的電場分量系數中，設置電場分量系數記為初始場值其中，所添加的場源的表達式為：

J_y(t)＝(t-t₀)/τ×exp(-(t-t₀)²/τ²)

其中，t表示時間，單位為秒；t₀,τ為場源參數；

步驟4：更新計算整個計算區域的y方向上電場分量系數具體為：

步驟4.1：電場分量系數在計算區域的方程為：

其中，k表示迭代次數，i表示x軸方向上第i個計算網格的位置，j表示y軸方向上第j個計算網格的位置，i+1/2表示x軸方向上第i個半網格的位置，j表示y軸方向上第j個半網格的位置；C_1x|_i表示系數C_1x在x軸方向上第i個網格處的值；表示第k+1次迭代x軸方向上第i-1個網格y軸方向上第j個半網格處的電場分量系數的值；

步驟4.2：使用追趕法求解步驟4.1的方程，得到整個計算區域的電場分量系數

步驟5：更新計算整個計算區域的x方向上電場分量系數具體為：

步驟5.1：電場分量系數在計算區域的方程為：

步驟5.2：使用追趕法求解步驟5.1的方程，得到整個計算區域的電場分量系數

步驟6：將k+1賦值給k，并判斷迭代次數k是否達到預設值，若未達到預設值，則返回步驟4，若達到預設值，則執行步驟7；

步驟7：更新計算整個計算區域的磁場分量系數

步驟8：更新計算整個計算區域的極化電流密度系數

步驟9：更新計算整個計算區域的電磁場分量系數的輔助變量；

步驟10：更新計算觀測點處的電磁場分量；

步驟11：將q+1賦值給q，并判斷拉蓋爾多項式的階數q是否達到預設值，若未達到預設值，則返回步驟3，若達到預設值，則結束。