Modelarea plasmatică

Modelarea plasmatică se realizează prin rezolvarea unui sistem de ecuații constitutive. Ecuațiile Navier-Stokes , capabile să descrie mișcarea unui fluid, nu sunt suficiente, dar trebuie să fie cuplate cu ecuații pentru rezoluția câmpului electromagnetic . Există diferite abordări care pot fi utilizate pentru a descrie plasma ^[1] ^[2] , dar în general pot fi identificate două macro categorii: modele care descriu aspectele microscopice (modele statistice) și modele care descriu evoluția cantităților medii (cinetică și globală) modele).

Modele statistice

Principalele abordări cinetice pentru descrierea plasmei sunt: Metode directe Monte Carlo (simulare directă Monte Carlo - DSMC) Metode hibride de particule în celulă / Monte Carlo (PIC-MC) ^[1] . Aceste metode sunt, în general, foarte exacte, deoarece descriu mișcarea particulelor individuale și coliziunile lor utilizând o abordare statistică. Timpii de calcul necesari sunt în general lungi și pot deveni prohibitivi dacă se dorește descrierea unei cinetici foarte complexe. Ecuațiile rezolvate prin aceste metode sunt legea pentru calculul forței Lorentz (mișcarea ionilor / electronilor) și a ecuațiilor Maxwell (câmpul electromagnetic).

Modele cinetice

Modelele cinetice sunt principala abordare pentru descrierea plasmei. Soluția este o funcție de distribuție a probabilității

f({\vec {x}},{\vec {v}},t)

{\ displaystyle f ({\ vec {x}}, {\ vec {v}}, t)}

{\ displaystyle f ({\ vec {x}}, {\ vec {v}}, t)}

unde este ${\vec {x}}$ ${\ displaystyle {\ vec {x}}}$ ${\ vec {x}}$ Și ${\vec {v}}$ ${\ displaystyle {\ vec {v}}}$ $\ vec {v}$ sunt poziția și respectiv viteza. În general, soluția este calculată folosind soluția ecuației Boltzmann . Dacă, pe de altă parte, dorim să includem legea lui Coulomb sau un tratament simplificat al termenilor de coliziune, rezolvăm ecuația Vlasov sau, respectiv, ecuația Fokker-Plank ^[3] . Sarcinile și curenții generați în plasmă sunt determinați prin cuplarea funcției de distribuție cu ecuațiile lui Maxwell .

Modele globale

Pentru a evita intrarea în tratamente microscopice detaliate care necesită timpi lungi de calcul, este posibil să se recurgă la abordări globale ^[2] ^[4] . Sunt descrise doar fenomenele macroscopice și, în loc să ne ocupăm de distribuțiile de probabilitate, avem de-a face cu cantități medii. Sistemul de ecuații care trebuie rezolvat include masa (pentru specia individuală luată în considerare) și bilanțurile energetice. Vitezele de reacție ale proceselor colizionale luate în considerare sunt calculate prin rezolvarea ecuației Boltzmann sau Vlasov . În funcție de tipul de problemă studiată, este de asemenea necesar să se includă ecuații pentru caracterizarea câmpului electromagnetic ( ecuațiile lui Maxwell ) sau numai câmpul electric ( ecuația lui Poisson ) dacă câmpul magnetic este neglijabil. În cele din urmă, pentru a închide sistemul de ecuații, este necesar să se includă determinarea coeficienților de difuzie și a mobilităților electrice.

Notă

^ ^a ^b Luís L. Alves și Annemie Bogaerts, Număr special despre modelarea numerică a plasmelor la temperatură joasă pentru diverse aplicații - Partea I: Lucrări de revizuire și tutoriale privind abordările de modelare numerică , în Procese și polimeri de plasmă , vol. 14, n. 1-2, ianuarie 2017, p. 1690011, DOI : 10.1002 / ppap.201690011 .
^ ^a ^b Francis F. Chen, Introducere în fizica plasmei și fuziune controlată. , Ediția a doua, New York UA, Plemum Pr., 1984, ISBN 0-306-41332-9 .
^ Nicholas A. Krall, Alvin W. Trivelpiece, Principles of plasma physics , San Francisco, Ca., San Francisco Press, 1986, ISBN 0-911302-58-1 .
^ SA Ledvina, Y.-J. Ma și E. Kallio, Modelarea și simularea plasmelor care curg și a fenomenelor conexe , în Space Science Reviews , vol. 139, nr. 1-4, 2 august 2008, pp. 143-189, DOI : 10.1007 / s11214-008-9384-6 .

linkuri externe

Software
VizGlow

VizSpark
CFD-ACE +
COMSOL
LSP
Magic Arhivat la 25 octombrie 2016 la Internet Archive .
Stea de mare
USim
VSim

[ref_B-1] Luís L. Alves și Annemie Bogaerts, Număr special despre modelarea numerică a plasmelor la temperatură joasă pentru diverse aplicații - Partea I: Lucrări de revizuire și tutoriale privind abordările de modelare numerică , în Procese și polimeri de plasmă , vol. 14, n. 1-2, ianuarie 2017, p. 1690011, DOI : 10.1002 / ppap.201690011 .

[ref_A-2] Francis F. Chen, Introducere în fizica plasmei și fuziune controlată. , Ediția a doua, New York UA, Plemum Pr., 1984, ISBN 0-306-41332-9 .

[3] Nicholas A. Krall, Alvin W. Trivelpiece, Principles of plasma physics , San Francisco, Ca., San Francisco Press, 1986, ISBN 0-911302-58-1 .

[4] SA Ledvina, Y.-J. Ma și E. Kallio, Modelarea și simularea plasmelor care curg și a fenomenelor conexe , în Space Science Reviews , vol. 139, nr. 1-4, 2 august 2008, pp. 143-189, DOI : 10.1007 / s11214-008-9384-6 .

[1]

[2]

[3]

[4]