1.一种等离子体中使用电流密度卷积完全匹配层的实现方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤1,输入模型文件;
输入的模型文件具体为:计算区域大小Nx×Ny,其中Nx为x方向的网格数,Ny为y方向的网格数;空间步长Δη,η=x,y,x为横坐标,y为纵坐标;时间步长Δt;真空中的电导率σ,磁导率μ0,介电常数ε0;等离子体中的碰撞频率υ与等离子体中的电子密度ne;
等离子体在计算区域中的位置;吸收边界层数NPML与相关参数κη max,αη max,ση max;κη max取整数,κη max取值范围为[1,60];αη max取值范围为[0,1);ση max/σopt取值范围为(0,12];仿真计算时长Tf;加权拉盖尔多项式的阶数q,q≥0且为整数;时间尺度因子s,s
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取值范围为[10,10 ];观测点;场源参数;
步骤2,初始化参数和设置参数;
初始化的参数具体包括:将整个计算区域的电磁场分量系数整个计算区域的极化电流密度 整个计算区域的电磁场分量系数的和 整个计算区域的极化电流密度的和整个计算区域的辅助变量( 和 其中Fζ表示Ex,Ey,Hz,η=x,y)和拉盖尔多项式( 其中 )全部初始化为零;
PML系数(C1η,C2η,C3,C4,C5,C6)初始化为C1η=1/(1+0.5ε0s),C2η=1,C3=ε0/μ0,C4=2/(ε0s),C5=0,C6=2;式中,ε0是空气中的介电常数,s为时间尺度因子,取
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值范围为[10,10 ],μ0是空气中的磁导率,e,m分别是电子的电量和质量;
设置的参数具体包括:
设置CFS-PML吸收边界的参数ση,κη,αη;具体为:m m
ση=ση max|η-η0|/d;
m m
κη=1+(κη max-1)|η-η0|/d;
αη=αη max(d-|η-η0|)/d;
式中,η=x,y,η0为PML层与非PML截面位置,d是PML吸收边界的厚度,κη max取整数,κη max取值范围为[1,60];αη max取值范围为[0,1);ση max根据σopt来设置,ση max/σopt取值范围为(0,12];σopt=(m+1)/150πΔη,m取值范围为[1,20],其中m取值为4时边界的吸收效果最好,Δη取值范围为 λ为源的波长;
设置PML系数C1η,C2η和与等离子参数相关的系数C5,C6,;具体为:C1η=1/(κηαη+ση+0.5κηε0s),C2η=(2αη/ε0s+1);
C5=2e2ne/(ms+2mυ),C6=s/(0.5s+υ);
步骤3,更新计算整个计算区域的y方向上电场分量系数步骤4,根据整个计算区域的y方向上电场分量系数 来更新计算整个计算区域的x方向上电场分量系数
步骤5,添加场源到磁场分量系数中,并更新计算整个计算区域的磁场分量系数;
其中,所添加场源的表达式为:
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Imz(t)=sin(2πf(t-t0))×exp(-(t-t0)/τ);
式中,t0,τ为场源参数;
具体更新公式为:
步骤6,更新计算整个计算区域的极化电流密度 具体更新公式为:步骤7,更新计算整个计算区域的电磁场分量系数的辅助变量,具体更新公式为:步骤8,更新计算观测点处的电磁场分量,具体按照以下公式更新计算:q
上式中U表示电磁场分量Ex,Ey,Hz,U表示 q阶电磁场分量系数, 是q阶加权拉盖尔多项式, 是带有时间尺度因子s>0的扩展时间, 是q阶拉盖尔多项式;
步骤9,将q+1赋值给q,并判断拉盖尔多项式的阶数q是否达到预设值,若未达到预设值,则返回步骤3;若达到预设值,则结束。
2.一种等离子体中使用电流密度卷积完全匹配层的实现方法,其特征在于,所述步骤
3具体为:
步骤3.1,给出电场分量系数 在计算区域的方程,如下所示:式中,i表示横坐标上的第i个计算网格,j表示纵坐标上的第j个计算网格;
步骤3.2,使用追赶法对整个计算区域的电场分量系数 进行求解。
3.根据权利要求1或2所述的一种等离子体中使用电流密度卷积完全匹配层的实现方法,其特征在于,所述步骤4具体为:步骤4.1,给出电场分量系数 在计算区域的方程,如下所示:步骤4.2,使用追赶法求解系数为三对角的整个计算区域的电场分量系数