辐射输运与电子能量强耦合源项的一种高效计算方法

计算物理 ›› 2017, Vol. 34 ›› Issue (3): 253-260.

• 研究论文 • 下一篇

辐射输运与电子能量强耦合源项的一种高效计算方法

李若¹, 李蔚明¹, 宋鹏²

1. 北京大学数学科学学院科学与工程计算系, 北京 100871;
2. 北京应用物理与计算数学研究所计算物理重点实验室, 北京 100088

收稿日期:2016-04-25 修回日期:2016-10-12 出版日期:2017-05-25 发布日期:2017-05-25
通讯作者: 宋鹏(1980-),男,博士,副研究员,主要研究输运方程数值计算方法,E-mail:song_peng@iapcm.ac.cn
作者简介:李若(1973-),男,博士,教授,主要研究偏微分方程数值解,E-mail:rli@math.pku.edu.cn
基金资助:
国家自然科学基金（11401033，91330205）及计算物理重点实验室基金资助项目

Efficient Algorithm for Stiff Source Terms in Strongly Coupling Radiative Transfer and Electron Energy Equations

LI Ruo¹, LI Weiming¹, SONG Peng²

1. Department of Scientific and Engineering Computing, School of Mathematical Sciences, Peking University, Beijing 100871, China;
2. Laboratory of Computational Physics, Institute of Applied Physics and Computational Mathematics, Beijing 100088, China

Received:2016-04-25 Revised:2016-10-12 Online:2017-05-25 Published:2017-05-25

摘要/Abstract

摘要： 本文研究辐射输运和电子能量耦合方程组的数值方法. 在具有光性厚特征的应用问题中，这两类方程的耦合源项表现出强刚性，使得设计稳健高效的数值格式陷入困难.针对辐射输运多群模型和电子能量的耦合方程组的刚性源项，我们给出一种基于电子温度变化规律拟设（ansatz）的积分算法，其时间步长不受刚性源项限制，从而使得计算效率比传统显式方法或隐式非线性迭代获得本质的提高.在所基于的拟设有效时，算法确保给出具有物理意义的解，数值算例显示其给出的解具有较高的精确度.

关键词: 辐射输运, 多群模型, 耦合, 刚性源项

Abstract: We study numerical methods for coupled radiative transfer and electron energy equations. In highly opaque materials, strong coupling between them results in stiff source terms, making design of efficient and stable algorithms a challenging task. In this paper, we develop an efficient algorithm for multi-group radiative transfer equations coupled with electron energy equations. It is an integration method based on an ansatz of electron temperature. It poses no constraint on time step, and gives physically relevent solutions under reasonable assumptions. Numerical results show that the method is highly efficient and accurate.

Key words: radiative transfer, multi-group model, coupling, stiffness

中图分类号:

O242.1

李若, 李蔚明, 宋鹏. 辐射输运与电子能量强耦合源项的一种高效计算方法[J]. 计算物理, 2017, 34(3): 253-260.

LI Ruo, LI Weiming, SONG Peng. Efficient Algorithm for Stiff Source Terms in Strongly Coupling Radiative Transfer and Electron Energy Equations[J]. CHINESE JOURNAL OF COMPUTATIONAL PHYSICS, 2017, 34(3): 253-260.

参考文献

[1] POMRANING G C. The equations of radiation hydrodynamics[M]. Courier Dover Publications, 1973.
[2] ATZENI S, MEYER-TER-VEHN J. The physics of inertial fusion[M]. Oxford:Oxford University, 2004.
[3] LINDL J. Development of the indirect-drive approach to inertial confinement fusion and the target physics basis for ignition and gain[J]. Physics of Plasmas, 1995, 2(11):3933-4023.
[4] 宋鹏, 翟传磊, 李双贵,等. 激光间接驱动惯性约束聚变二维总体程序——LARED集成程序[J]. 强激光与粒子束, 2015, 27(3):032007(7).
[5] 常铁强. 激光等离子体相互作用与激光聚变[M]. 长沙:湖南科学技术出版社, 1991.
[6] 裴文兵, 常铁强. 三温方程中的电子-辐射能量交换项的计算[J]. 计算物理, 1999,(3):333-336.
[7] 李双贵, 杭旭登, 李敬宏. 辐射与物质强耦合问题的二维辐射数值模拟[J]. 计算物理, 2009, 26(2):247-253.
[8] MOREL J E. Discrete-ordiantes methods for radiative transfer in the non-relativistic stellar regime[J]. Lecture Notes in Computational Science & Engineering, 2005, 48:69-81.
[9] 闫凯, 李若, 田宙, 等. 强爆炸火球数值模拟中的算子分裂方法[J]. 计算物理, 2013, 30(3):379-386.
[10] SKINNER M A, OSTRIKER E C. A two-moment radiation hydrodynamics module in Athena using a time-explicit Godunov method[J]. The Astrophysical Journal, Supplement Series, 2013, 206(2):21-49.
[11] FLECK J, CUMMINGS J. An implicit Monte Carlo scheme for calculating time and frequency dependent nonlinear radiation transport[J]. Journal of Computational Physics, 1971, 8(3):313-342.
[12] BROOKS Ⅲ E D. Symbolic implicit Monte Carlo[J]. Journal of Computational Physics, 1989, 83(2):433-446.
[13] N'KAOUA T. Solution of the nonlinear radiative transfer equations by a fully implicit matrix Monte Carlo method coupled with Rosseland diffusion equation via domain decomposition[J]. SIAM Journal of Scientific Computing, 1991,(12):505-520.

[1]	高正, 邹艳丽, 胡均万, 姚高华, 刘唐慧美. 基于复杂网络理论的电网耦合强度分配策略[J]. 计算物理, 2022, 39(5): 579-588.
[2]	李凌霄, 翟传磊, 谢辉, 施意. 一种求解三维热辐射输运方程的整体预处理迭代方法及并行计算[J]. 计算物理, 2021, 38(3): 269-279.
[3]	曹启伟, 肖德龙, 杨显俊, 王建国. 磁瑞利-泰勒不稳定性非线性演化数值模拟[J]. 计算物理, 2021, 38(1): 5-15.
[4]	李玉山. 偶极相互作用对自旋轨道耦合自旋-1凝聚体中磁畴分布的影响[J]. 计算物理, 2021, 38(1): 120-126.
[5]	周倩, 韦笃取. 场耦合忆阻神经网络的电活动[J]. 计算物理, 2020, 37(6): 750-756.
[6]	黄志精, 白婧, 唐国宁. 单向耦合神经元网络中螺旋波的自发形成机制[J]. 计算物理, 2020, 37(5): 612-622.
[7]	周建军, 毛璋亮, 石小涛, 袁显宝, 肖仁政, 马小强, 杜晓超. 液体燃料熔盐堆三维瞬态耦合分析[J]. 计算物理, 2018, 35(6): 649-656.
[8]	邓炜栋, 崔国民, 肖媛. 一种适用于复杂换热网络优化的耦合联动进化策略[J]. 计算物理, 2018, 35(6): 675-684.
[9]	王子昂, 余彬, 杭皓天, 张斌, 刘洪. 化学反应机理对激波与可燃氢气泡相互作用影响的数值研究[J]. 计算物理, 2018, 35(4): 388-396.
[10]	刘佳宏, 杜安, 齐岩. 尖晶石氧化物CoCr₂O₄的多铁性研究[J]. 计算物理, 2018, 35(4): 494-504.
[11]	柳福提, 张淑华, 程晓洪. 耦合形貌对Si₄团簇电子输运影响的第一性原理计算[J]. 计算物理, 2018, 35(2): 235-241.
[12]	李双贵, 杭旭登, 杨容, 宋鹏, 翟传磊, 齐进. LARED集成程序辐射输运模拟的性能优化[J]. 计算物理, 2017, 34(3): 320-326.
[13]	许亮, 冯成亮, 刘铁钢. 弹性板水下爆炸冲击载荷的修正虚拟流体方法分析[J]. 计算物理, 2017, 34(1): 1-9.
[14]	郭玮, 白静, 李月华. 飞秒激光参数对非绝热耦合分子态布居的影响[J]. 计算物理, 2017, 34(1): 119-125.
[15]	邓力, 史敦福, 李刚. 数值反应堆多物理耦合关键技术[J]. 计算物理, 2016, 33(6): 631-638.

辐射输运与电子能量强耦合源项的一种高效计算方法

Efficient Algorithm for Stiff Source Terms in Strongly Coupling Radiative Transfer and Electron Energy Equations

RichHTML

PDF

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

参考文献

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

作者中心

审稿中心

期刊浏览

期刊介绍