Software - AFTERLIVE

Während Particle-in-Cell Codes wie UNICORN oder PICPANTHER eine schnelle Simulation elektromagnetischer Plasmen ermöglichen, Sie leiden unter starkem Lärm. Ein anderer Ansatz ist die Lösung der Vlasov-Gleichung durch Rekonstruktion der Verteilungsfunktion. Dies wurde in Afterlive: A performant code for Vlasov-Hybrid simulations (Kilian, Schreiner, and Spanier 2018, Computer Physics Communications)

Eine parallelisierte Implementierung der Vlasov-Hybrid-Methode (Nunn, 1993) wird vorgestellt. Diese Methode ist eine Mischung aus einer Eulerschen Gitterbeschreibung und Lagrange-Metapartikeln. Im Gegensatz zur Particle-in-Cell Methode (Dawson, 1983) werden einfach die Beiträge von Metapartikeln aufaddiert, diese Methode führt eine Rekonstruktion der Verteilungsfunktion f in jedem Zeitschritt für jede Teilchenart durch. Diese Interpolationsmethode kombiniert Metapartikel mit unterschiedlichem Gewicht so, dass Teilchen mit großem Gewicht nicht Teilchen mit kleinen Beiträgen zur Phasenraumdichte ertränken. Diese Kerneigenschaften ermöglichen die Verwendung von viel größere Reichweite von Makrofaktoren und kann somit einen viel größeren Dynamikbereich in der Phasenraumdichte darstellen.

Die rekonstruierte Phasenraumdichte f wird verwendet, um Momente der Verteilungsgfunktion zu bestimmen wie die Ladungsdichte ϱ. Die Ladungsdichte ϱ wird auch als Eingangsgröße für den spektralen Löser verwendet, der das selbstkonsistente elektrostatische Feld berechnet, der wiederum für den nächsten Zeitschritt der Teilchen benutzt wird. time-step.

Afterlive (A Fourier-based Tool in the Electrostatic limit for the Rapid Low-noise Integration of the Vlasov Equation) wird unter Verwendung von MPI vollständig parallelisiert und schreibt Ausgabe mit parallelem HDF5. Die Parameter für die Simulation werden aus einer JSON-Datei gelesen, in der die anfänglichen Partikelverteilungen sowie die Domänengröße und die Diskretisierungsbeschränkungen festgelegt sind. Die hier vorgestellte Implementierung ist absichtlich auf eine räumliche Dimension beschränkt und löst eine oder drei Dimensionen im Geschwindigkeitsraum auf. Zusätzlich räumliche Dimensionen können auf einfache Weise hinzugefügt werden, machen aber Rechnungen noch kostspieliger.

Der Code ist frei verfügbar in der Computer Physics Communications program library:
Kilian, Patrick; Schreiner, Cedric; Spanier, Felix (2018), “Afterlive: A performant code for Vlasov-Hybrid simulations”, Mendeley Data, V1, doi: 10.17632/nt79b5nfsc.1