1.一种等离子体中使用辅助微分方程完全匹配层的实现方法,其特征在于,具体按照以下步骤:
步骤1、输入模型文件;
具体输入的参数包括:
计算区域大小Nx×Ny,其中Nx为x方向网格数,Ny为y方向网格数;空间步长Δη,其中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;等离子体频率ωp;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κηmax,αηmax,σηmax,其中κηmax取整数,κηmax取值范围为[1,60],αηmax取值范围为[0,1),σηmax/σopt取值范围为(0,12],σopt=(m+1)/150πΔη,m取值范围为[1,20],Δη取值范围为λ为源的波长;仿真计算时长Tf;加权拉盖尔多项式的阶数q,其中q≥0且为整数;
时间尺度因子s,其中s取值范围为[109,1013];观测点;场源参数Tc,Td;
步骤2、初始化和设置步骤1模型文件的参数;
初始化和设置步骤1模型文件的参数,具体为:初始化参数具体为:
将整个计算区域的电磁场分量系数 整个计算区域的中间变量系数整个计算区域的电磁场分量系数的和 整个计算区域的中间变量系数的和 整个计算区域的辅助变量hq-1(Fζη)和 其中Fζ表示Ex,Ey,Hz,η=x,y、拉盖尔多项式 全部初始化为零;
PML系数(C1η,C2η,C3)初始化为C1η=1/(1+0.5ε0s),C2η=1,C3=ε0/μ0;
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:ση=σηmax|η-η0|m/dmκη=1+(κηmax-1)|η-η0|m/dmαη=αηmax
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;
设置PML系数C1η,C2η,具体为:C1η=1/(κηαη+ση+0.5κηε0s),C2η=(2αη/ε0s+1);
步骤3、添加场源到y方向上的电场分量系数中,并利用步骤2的参数更新计算整个计算区域y方向上电场分量系数
添加场源到y方向上的电场分量系数中,并利用步骤2的参数更新计算整个计算区域y方向上电场分量系数 具体为:
添加场源的表达式为:
式中,Tc,Td为场源参数;
步骤3.1、利用步骤2的参数计算电场分量系数 在计算区域的方程为: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、使用追赶法求解步骤3.1的方程,得到整个计算区域y方向上的电场分量系数步骤4、利用步骤2的参数更新计算整个计算区域的x方向上电场分量系数利用步骤2的参数更新计算整个计算区域x方向上电场分量系数 具体为:步骤4.1、利用步骤2的参数计算电场分量系数 在计算区域的方程为:步骤4.2、使用追赶法求解步骤4.1的方程,得到整个计算区域x方向上的电场分量系数步骤5、利用步骤3和步骤4所得电场分量系数,更新计算整个计算区域的磁场分量系数步骤6、利用步骤3和步骤4所得电场分量系数,分别更新计算整个计算区域的中间变量的系数
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;
步骤8、更新计算观测点处的电磁场分量;
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.根据权利要求1所述的一种等离子体中使用辅助微分方程完全匹配层的实现方法,其特征在于,所述步骤5利用步骤3和步骤4所得电场分量系数,更新计算整个计算区域的磁场分量系数 具体为:
3.根据权利要求1所述的一种等离子体中使用辅助微分方程完全匹配层的实现方法,其特征在于,所述步骤6利用步骤3和步骤4所得电场分量系数,分别更新计算整个计算区域的中间变量的系数 具体为:
4.根据权利要求1所述的一种等离子体中使用辅助微分方程完全匹配层的实现方法,其特征在于,所述步骤7更新计算整个计算区域的电磁场分量系数的辅助变量,具体为:
5.根据权利要求1所述的一种等离子体中使用辅助微分方程完全匹配层的实现方法,其特征在于,所述步骤8更新计算观测点处的电磁场分量,具体为:式中U表示电磁场分量Ex,Ey,Hz,Uq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。