3D fluid modeling of positive streamer discharges in air with stochastic photoionization
流光放电是在闪电和火花之前的薄等离子体通道。它们通常以随机树状结构的形式成束演化，并且由于其多尺度性质而固有地难以建模。在本文中，我们进行了计算机调查的正流光放电在空气中使用当代光电离模型。我们报告三维计算机模拟的条件下，可在实验室火花隙实验。这些解决方案展示了由流注波动、分支和放电树的形成组成的多尺度形态。一些分支相对较粗且噪声较大，而另一些分支较细且光滑，并且在其尖端处携带超过$250\,\textrm{kV/cm}$的电场。我们的研究结果与过去的实验是一致的，并澄清了令人困惑的分支动力学和随机形态的正流光放电。
2020-04-09 physics.plasm-ph
Spatially hybrid computations for streamer discharges with generic features of pulled fronts: I. Planar fronts
流光是火花和闪电的第一阶段;它们的生长是由于尖端强烈增强的电场;这个电场是由薄的弯曲空间电荷层产生的。当用密度来近似电子时，这些多尺度已经具有挑战性。然而，电子能量分布的前沿和非热拉伸尾部的电子密度波动（作为X射线发射的原因）需要一个粒子模型来跟踪电子运动。由于超粒子方法会产生错误的统计数据和数值伪影，因此对流光中的单个电子动力学进行建模仅限于总电子数仍然有限的早期阶段。所选择的方法是空间中的混合计算，其中在高电场和低密度的区域中跟随单个电子，而电子的体积由密度（或流体）近似。我们在这里开发的混合耦合平面前。首先，为了在混合计算中获得一致的粒子和流体模型之间的界面处的通量，广泛使用的经典流体模型被替换为扩展的流体模型。然后详细介绍了空间混合模型的耦合算法和数值实现，特别是模型界面的位置和缓冲区的构造。该方法具有拉锋的一般特征，可以应用于类似的问题，如人口前沿的大偏差等。
2009-04-20 physics.comp-ph physics.plasm-ph
High order fluid model for streamer discharges: I. Derivation of model and transport data
流光放电是等离子体物理中的基本问题，因为它们非常短暂，远离平衡，并且具有高电离密度梯度;它们出现在科学和技术的各个领域。本文着重推导了一个适用于拖缆的高阶流体模型。利用动量传递理论，将流体方程作为Boltzmann方程的速度矩，在局部平均能量近似下封闭，并耦合到空间电荷产生的电场的泊松方程。能流方程中的高阶张量近似为两个低阶矩的乘积，以封闭系统。从多项Boltzmann方程解出发，计算了氮分子中电子在弹性和非弹性碰撞中动量和能量转移的平均碰撞频率。然后，我们讨论，特别是，（1）正确实施的传输数据的流光模型;（2）的准确性的两项近似求解玻尔兹曼方程的背景下，流光研究;和（3）的平均能量依赖的碰撞率的评估所需的电子作为输入的高阶流体模型。在这一序列的第二篇论文中，我们将讨论基于本文导出的模型和输入数据的拖缆高阶流体模型的解。
2013-02-23 physics.plasm-ph
X-ray Emissions in a Multiscale Fluid Model of a Streamer Discharge
我们使用一个三种流体模型的放电在空气中模拟流注演变的雪崩到流注过渡到碰撞的相反极性的流光。我们估计的上限生产的热失控电子，这是占主导地位的第二个这些过程。如果由于自然背景和光电离引起的电离减少，则由于在流光尖端处产生更高电场的可能性而产生更多的热失控。然而，测试粒子模拟显示，这些热逃逸电子没有足够的能量成为相对论逃逸。模拟是在$\mathit{E}_{0}$ = 4和6 MV/m的恒定均匀背景场中进行的。在4-MV/m场中形成流光之后，还在$\mathit{E}_{0}$ = 2 MV/m中进行模拟，以便近似由$\sim$ 1-MV电压在实验室火花实验中使用的$\sim$ 1-m电极间隙上产生的平均背景场。我们的结论是，所使用的流体模型是不足以解释X射线观测在这样的实验。我们讨论的机制，不包括在这个或以前的建模，但可能发挥决定性的作用，在电子加速和X射线生产过程中的流光碰撞的可能作用。
2018-08-02 physics.plasm-ph physics.space-ph
The effect of the stochasticity of photoionization on 3D streamer simulations
正流光放电需要在它们前面的自由电子源以用于它们的生长。在空气中，这些电子通常由光电离提供。在这里，我们调查如何随机波动，由于电离光子的离散性影响空气中的正流光。我们模拟正流光两个平面电极与三维等离子体流体模型，使用随机和连续光电离的方法。随机光电离，波动是可见的流光的方向，最大电场，速度和电子密度。流光不分支，我们发现平均随机结果和连续光电离的结果之间有很好的一致性。流保持大致轴对称，我们表明，与轴对称模型得到的结果确实同意与三维结果。然而，我们发现，积极的流光是敏感的光电离量。当光电离量加倍时，随机和连续结果之间甚至有更好的一致性，但随着光电离量的一半，随机波动变得更加重要，流光分支开始发生。
2019-05-07 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Simulating streamer discharges in 3D with the parallel adaptive Afivo framework
我们提出了一个开源的等离子体流体代码的2D，圆柱形和3D模拟流光放电，Afivo框架的基础上，自适应网格细化，几何多重网格方法泊松方程，和OpenMP并行。我们描述的漂移-扩散-反应型的流体模型的数值实现，结合局部场近似。然后，我们证明了它的功能与3D模拟的长期积极流光在氮气中的欠旋间隙，使用三个例子。第一个例子显示了随机背景密度如何影响流注传播和分支。第二个主要研究预电离区与流注的相互作用，第三个主要研究两个流注之间的相互作用。模拟在不到一天的时间内在多达$10^8$网格单元上运行。如果没有网格细化，则需要$4\cdot 10^{12}$网格单元。
2017-08-28 physics.plasm-ph
High order fluid model for streamer discharges. II. Numerical solution and investigation of planar fronts
本文采用前一篇论文中发展的高阶流体模型，研究了负平面流注波前在纯氮中的传播。该模型由电子密度、平均电子速度、平均电子能量和平均电子能流的平衡方程组成。这些平衡方程已获得的玻尔兹曼方程的速度矩，并在这里耦合到泊松方程的空间电荷电场。在这里，与高阶模型，与PIC/MC（粒子在细胞/蒙特卡罗）模型和一阶流体模型的基础上的流体动力学漂移扩散近似的模拟结果进行了介绍和比较。通过与MC模型的比较，验证了高阶流体模型的正确性，从而支持了其正确的理论推导和数值实现。一阶流体模型的局部场近似的结果，通常用于流光放电，显示出相当大的偏差。此外，我们研究了不一致的实施到我们的高阶流体模型的传输数据所造成的模拟结果的不准确性。通过与忽略能流项的结果的比较，我们也证明了能流项在高阶模型中的重要性。最后，结果与近似的高阶张量的能流方程被认为是同意与PIC/MC的结果减少电场高达1000汤森，在这项工作中考虑。
2013-02-23 physics.plasm-ph
Experimental and numerical study on Following Streamer mechanism for SF6 breakdown induced by floating linear metal particles
本文通过负脉冲电压实验与二维轴对称流体模拟对比，验证悬浮线性金属颗粒引发SF6击穿的跟随流注机制，并提出扩展物理模型以描述三维离轴及多流注现象。
2025-10-21 physics.plasm-ph
Spatially hybrid computations for streamer discharges: II. Fully 3D simulations
我们最近提出了第一个物理预测的空间混合模型，以下负流光放电在全三维空间的演变;我们的空间混合模型耦合粒子模型在高场区域的流光与流体模型在流光内部的电子密度高，场低。因此，该模型在计算上是有效的，同时它也遵循单个电子的动力学，包括它们可能的逃逸。在这里，我们描述了我们的计算的技术细节，并提出了下一步的系统开发的模拟代码。首先，从空气、氮气、氧气和氩气中的粒子群模拟获得新的输运系数和反应速率。这些系数在扩展的流体模型中实现，以使流体近似尽可能与颗粒模型一致，并避免流体和颗粒区域之间的界面处的不连续性。然后介绍了两种分裂方法，并对三维空间中流体-颗粒界面的位置和运动进行了比较。最后，我们提出了第一个结果的三维空间混合模型的负流光在空气中。
2011-03-10 math-ph math.MP physics.plasm-ph
Adaptive multiscale methods for 3D streamer discharges in air
我们讨论了空间和时间自适应隐式显式（IMEX）方法并行模拟三维流体流光放电在大气中。我们研究战略推进流体方程和椭圆输运方程（如泊松）与不同的时间步长，同步它们的全球物理时间尺度，这是采取成比例的介电弛豫时间。使用较长的时间步长的电场导致可以诊断的数值误差，我们量化的条件下，这种简化是有效的。同样，使用三项亥姆霍兹模型的辐射传输，相同的误差诊断表明，辐射传输方程不需要解决的时间尺度精细比介电弛豫时间。椭圆方程是大多数拖缆模拟代码的瓶颈，这里给出的结果可能提供计算节省。最后，一个计算的例子，在针平面几何形状，使用高达700万个网格单元的3D分支拖缆。
2019-01-24 physics.plasm-ph
An adaptive grid refinement strategy for the simulation of negative streamers
在非附着气体的电击穿过程中，负流光的演化可以用电子和正离子的双流体模型来描述。它包括带电粒子在局部电场中的漂移、扩散和反应的连续性方程，耦合到电势的泊松方程。该模型产生的场增强和陡峭的传播电离前端的尖端不断增长的电离丝。本文提出了一种自适应网格加密方法来模拟这类结构。它使用有限体积空间离散化和显式时间步进，这允许从泊松方程的连续性方程的网格解耦。标准的细化方法，其中的细化标准是基于本地错误监控失败，由于拖缆前端的拉字符传播到一个线性不稳定状态。我们提出了一个细化方法，处理所有这些功能。一维流光前以及三维流光圆柱对称（因此有效的2D数值目的）的测试成功地进行。在细网格上的结果表明，这种自适应网格方法是必要的，以捕捉流光的特性。这种细化策略使我们能够充分计算纯气体中的负流光的参数制度出现的物理不稳定性：分支流光。
2006-05-01 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Deviations from the local field approximation in negative streamer heads
在局域场近似下，分别用粒子模型和流体模型研究了正常条件下氮气中的负流光电离锋。流体模型的参数函数来自粒子模型中的群实验。在一维环境中研究了内尺度上的前结构，允许合理的运行时间和内存消耗以及高数值精度，而不引入超粒子。当前沿的约化电场>= 50 kV/（cm bar）时，流体模型和粒子模型的解吻合得很好。当电场强度增加到200 kV/（cm bar）时，粒子模型和流体模型的解发生了偏离，特别是粒子模型的前沿后电离水平提高了60%，而速度对前沿的电离水平不敏感。粒子和流体模型偏离，因为高能量的电子还没有完全从前面跑走，而是在一定程度上领先。这导致粒子模型中前沿尖端的电离率增加。在同一电场中，前沿电子的能量过冲实际上与电子群或雪崩前沿的能量过冲在数量上一致。
2007-02-15 physics.plasm-ph
Evolution of positive streamers in air over non-planar dielectrics: Experiments and simulations
我们研究了正流光在空气中传播沿聚碳酸酯介质板和没有小规模的表面轮廓。流光发展记录使用光敏高速摄像机和光电倍增管，并与2D流体流光模拟的实验结果进行了比较。测试两种型材，一种具有0.5mm深的半圆形波纹，另一种具有0.5mm深的矩形波纹。使用非仿形表面作为参考。实验和模拟表明，表面轮廓导致显着较慢的表面流光，也减少了他们的长度。矩形切割轮廓比半圆形轮廓更阻碍表面拖缆。我们发现模拟和实验之间的定量协议。对于具有矩形凹槽的表面，模拟还揭示了复杂的传播机制，其中新的正流光在表面轮廓波纹内重新点燃。研究结果对拖缆和固体火箭的技术应用具有重要意义。
2022-09-29 physics.plasm-ph
A unified fluid model for nonthermal plasmas and reacting flows
本文提出统一流体求解器 reactPlasFOAM，耦合 ChemPlasKin 与 OpenFOAM，通过实时求解电子玻尔兹曼方程并结合 AMR 等方法，实现等离子体与燃烧的多模式高保真模拟。
2025-06-09 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Simulated avalanche formation around streamers in an overvolted air gap
我们模拟了在标准温度和压力下的空气中的短过旋间隙中的流光。该模拟是用一个3D混合模型进行的，该模型跟踪低密度区域中的单个电子和光子，同时将流光内部建模为流体。光子之后是蒙特卡罗程序，就像电子一样。这里给出了第一个模拟结果。
2011-01-06 math-ph math.MP physics.plasm-ph
3D simulations of negative streamers in CO$_2$ with admixtures of C$_4$F$_7$N
本文通过3D模拟比较流体与粒子模型，研究CO$_2$与C$_4$F$_7$N混合气体中负流注放电，发现两者结果相似但粒子模拟更随机，且LEA不优于LFA。
2025-10-08 physics.plasm-ph
A Computational Study of Negative Surface Discharges: Characteristics of Surface Streamers and Surface Charges
我们研究了空气中负表面放电的动力学，通过数值模拟与二维流体模型。使用由嵌入在平行板电极之间的平坦电介质组成的几何形状。与体相气体中的负流光相比，负表面流光被观察到具有更高的电子密度、更高的电场和更高的传播速度。另一方面，它们的最大电场和速度低于正表面流光。在我们的模拟中，负表面流光是较慢的较大的相对介电常数。当负流光沿电介质表面传播时，负电荷在电介质表面上积聚，这可导致电介质内部的高电场。如果我们最初在电介质上放置负表面电荷，则负表面放电的增长被延迟或抑制。正表面电荷具有相反的效果。
2020-05-19 physics.plasm-ph
Comparing simulations and experiments of positive streamers in air: steps toward model validation
我们比较模拟和实验中的单个正流光放电在空气中在100毫巴，旨在模型验证。实验上，流光产生在一个板-板的几何形状与突出的针。我们能够捕捉到完整的时间演化的可再生的单灯丝流光与纳秒门时间相机。一个二维轴对称漂移扩散反应流体模型被用来模拟条件下的流光密切匹配的实验。流光的速度，半径和光发射轮廓之间的模型和实验进行了比较。良好的定性协议之间的实验和模拟的光发射分布，并在整个演变过程中的流光速度和半径。定量地，在相同的拖缆长度下，模拟的拖缆速度低约20%至30%，并且模拟的半径小约1mm（20%至30%）。研究了输运数据、背景电离水平、光电离率、气体温度、电压上升时间和电压边界条件等参数对模型与实验符合程度的影响。由于50 Hz的实验重复频率导致的气体温度的增加可能会导致一些观察到的差异。
2021-08-07 physics.plasm-ph
Double-pulse streamer simulations for varying interpulse times in air
本文通过轴对称流体模型模拟不同脉冲间隔下的双脉冲流注，揭示三种状态，并提出流注延续与介电弛豫时间等相关的估计，发现电子脱离反应影响电子密度衰减。
2023-11-13 physics.plasm-ph
A computational study of positive streamers interacting with dielectrics
我们使用数值模拟来研究表面放电，这是常见的高电压工程的动态。我们模拟正流光放电，传播到一个电介质表面，附着到它，然后在表面上传播。模拟是在空气中进行的二维等离子体流体模型，其中一个平面电介质被放置在两个平板电极之间。静电吸引是导致流光向电介质生长的主要机制。由于拖缆头中的净电荷，电介质被极化，并且拖缆和电介质之间的电场增加。与大体积气体中的流光相比，表面流光具有更小的半径、更高的电场、更高的电子密度和更高的传播速度。较高的施加电压导致表面放电的更快的开始和更快的传播。更高的介电常数导致拖缆更快速地附着到表面和更薄的表面拖缆。二次发射系数所示，发挥适度的作用，这是由于在空气中相对较强的光电离。在模拟中，高电场存在于正流光和电介质表面之间。我们表明，这个字段的大小和衰减的影响的正离子迁移率。
2020-05-19 physics.plasm-ph
The inception of pulsed discharges in air: simulations in background fields above and below breakdown
我们调查放电起始在空气中，在均匀的背景电场以上和以下的击穿阈值。我们进行3D粒子模拟，其中包括一个自然水平的背景电离的形式，积极和O $_{2}^-$离子。当电场上升到高于击穿和脱离阈值时，电子可以从O $_{2}^-$脱离并开始电离雪崩，这在空气中是相似的。这些雪崩一起创建一个大的放电，在许多流体模拟中发现的“双头”飘带。另一方面，在低于击穿的背景场中，必须有某种东西充分增强场，以形成流光。我们使用一个强电离种子的电子和正离子，我们观察到的增长，积极流光。未观察到负流光。击穿以下，电子脱离的列入并没有改变结果太多，我们观察到类似的放电发展，在流体模拟。
2014-05-28 physics.plasm-ph
Simulations of positive streamers in air in different electric fields: steady motion of solitary streamer heads and the stability field
本研究通过流体模拟探究了不同均匀电场下空气中正流注的传播特性，确定了4.675 kV/cm的临界稳定性电场，验证了其与最小流注实验测量结果的一致性，明确了稳定性电场的物理定义。
2021-10-07 physics.plasm-ph
SF6 streamer breakdown induced by floating linear metal particles: Following streamers and side streamers
本研究通过二维流体模型揭示悬浮线性金属颗粒诱发 SF6 流注击穿的微观机制，提出跟随流注与侧向流注两种新机制，并阐明压力与过电压对击穿行为的影响。
2025-06-23 physics.plasm-ph
A computational study of accelerating, steady and fading negative streamers in ambient air
本研究基于二维轴对称流体模型，探讨了环境空气中负流注的加速、稳态和衰退传播模式，重点揭示了稳态负流注在特定电场范围内的不稳定传播特性及其与正流注在速度、光学直径等性质上的显著差异。
2023-08-02 physics.plasm-ph
Positive streamer discharge simulations in humid air: uncertainty in input data and sensitivity analysis
本研究针对潮湿空气中正流注放电模拟，分析H₂O截面、光电离模型和化学组三类输入数据的影响，发现10%H₂O时流注速度因输入数据不同最多变化50%，并通过敏感性分析确定关键化学反应。
2025-02-12 physics.plasm-ph
3D modeling of positive streamers in air with inhomogeneous density
本研究采用含随机光电离的3D流体模型，探究非均匀气体密度对空气中正流注放电的影响，揭示了不同密度梯度下流注的传播、分支规律及电压的反直觉作用，推广了此前的二维研究。
2023-10-04 physics.plasm-ph
Spatial Fluctuation of the Electric Field within SF6 Streamer Channel in Highly Non-Uniform Fields: Phenomenon, Validation, and Mechanism
本文通过二维流体模型研究高度不均匀电场中SF6流注通道，发现并验证了电场空间涨落现象，揭示其由强电负性形成的离子导电通道驱动，为理解SF6非线性击穿电压机制提供新视角。
2024-09-29 physics.plasm-ph
A model comparison of 2D Cartesian and 2D axisymmetric models for positive streamer discharges in air
本文比较空气中正流注的二维笛卡尔与轴对称流体模拟，量化起始电压、速度、半径、电场和电离差异，并指出二维笛卡尔模型无法定性再现分支。
2024-01-22 physics.plasm-ph
Hybrid Fourier Neural Operator-Plasma Fluid Model for Fast and Accurate Multiscale Simulations of High Power Microwave Breakdown
Group in Computational Science and HPC（计算科学与高性能计算组）；DA-IICT；Dhirubhai Ambani University（迪鲁布希阿尼大学）；Smart Energy Learning Center（智能能源学习中心）；DAU
针对高功率微波击穿多尺度仿真计算成本高的问题，提出融合傅里叶神经算子电磁求解器与等离子体流体求解器的混合模型，实现约60倍加速且精度优异，还提供了多语言仿真工具整合的可行路径。
2025-09-06 cs.AI cs.LG physics.comp-ph
Stochastic and self-consistent 3D modeling of streamer discharge trees with Kinetic Monte Carlo
本文提出一种基于伊藤扩散与动力学蒙特卡洛的新型粒子模拟模型，用于气体放电，通过耦合光电离粒子描述实现非负密度、固有涨落支持和优异稳定性，并成功自洽模拟大气压空气中的大型正流注放电树。
2023-07-04 physics.plasm-ph
A new numerical strategy with space-time adaptivity and error control for multi-scale streamer discharge simulations
CNRS（法国国家科学研究中心）；Ecole Centrale Paris（巴黎中央理工学院）
提出一种基于二阶时间自适应积分和空间自适应多分辨率的数值策略，通过时空精度控制高效模拟多尺度流光放电，突破标准稳定性约束。
2011-07-25 cs.NA math.NA physics.comp-ph
Hybrid Particle-Fluid Modeling of Plasmas
有许多有趣的物理过程涉及到大体积高密度等离子体的产生。然而，当对这些系统进行数值建模时，大的密度和体积提出了重大的计算挑战。一种用于对等离子体物理进行建模的技术，即单元中粒子（PIC）方法，是非常精确的，但是随着等离子体密度的增长，需要增加计算时间和数值分辨率。在本文中，我们提出了一种新的技术，用于减轻极端的计算负荷，等离子体密度的增长相结合，现有的PIC方法与介电流体的方法。通过在混合粒子-流体模型中使用这两种描述，我们现在可以探测大体积，高密度区域的物理。混合方法还提供了一个平滑的过渡，随着等离子体密度的增加和电离分数增长的值，很好地描述了单独的流体描述。我们提出的混合技术，并证明了一个简单的例子与分析解决方案的基准物理模型的有效性。
2004-02-09 physics.comp-ph physics.plasm-ph
A new hybrid code (CHIEF) implementing the inertial electron fluid equation without approximation
我们提出了一种新的混合算法实现的代码CHIEF（代码混合惯性电子流体）的电子离子等离子体的模拟。该算法处理的离子动力学，建模的粒子在细胞（PiC）的方法，和电子作为一个惯性流体，建模的电子流体方程，没有任何的近似使用在大多数其他混合代码与惯性电子流体。这种代码是适当的模拟各种各样的准中性等离子体现象的电子惯性和/或离子动力学效应是相关的。我们在这里提出的模型的控制方程，这些是如何离散化和实现数值，以及六个测试问题，以验证我们的数值方法。我们选择的测试问题，其中电子惯性和离子动力学效应起着重要作用，是：0）并行本征模的激励，以检查数值收敛性和稳定性，1）并行（对背景磁场）传播电磁波，2）垂直传播静电波（离子伯恩斯坦模式），3）离子束右手不稳定性（共振和非共振），4）离子朗道阻尼，5）离子水龙带不稳定性，和6）2D倾斜离子水龙带不稳定性。我们的结果成功地再现了所有这些问题的线性和非线性理论的预测，验证我们的代码。这种混合代码的所有属性，使其理想的研究之间的多尺度现象，如碰撞冲击，磁重联和动力学等离子体湍流的耗散范围以上的电子和离子尺度。
2018-02-26 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Hybrid-VPIC: an Open-Source Kinetic/Fluid Hybrid Particle-in-Cell Code
本研究介绍开源混合PIC代码Hybrid-VPIC，阐述其模型、应用、实现细节与数值难题解决方案，并首次在混合PIC代码中实现高能量密度体系下高精度电子流体输运系数。
2023-05-09 physics.plasm-ph
A Hybrid Gyrokinetic Ion and Isothermal Electron Fluid Code for Astrophysical Plasma
本文描述了一个新的模拟天体物理等离子体的程序，它解决了由回旋离子（GKI）和等温电子流体（ITEF）组成的混合模型[A。Schekochihin等人，占星术。J. Suppl. \textbf{182}，310（2009）]。该模型捕捉离子动力学效应，是重要的离子回旋半径尺度附近，而电子动力学效应是由电子离子质量比膨胀订购。该代码是通过将ITEF近似合并到{ \tt AstroGK}中来开发的，{ \tt AstroGK}是专门针对平板几何的欧拉$δf$陀螺动力学代码[R. Numata等人，J.计算。报酬。\textbf{229}，9347（2010）]。新的代码处理的ITEF方程中的线性项隐式，而非线性项显式处理。我们展示了线性和非线性基准测试，以证明模拟代码的有效性和适用性。由于快速电子时标被质量比膨胀消除，柯朗-弗里德里希-路易条件的限制比完全陀螺动力学代码少得多;本混合代码运行速度比{ \tt AstroGK}\快$\sim 2\sqrt{m_\mathrm{i}/m_\mathrm{e}} \sim 100$倍，其中$m_\mathrm{i}/m_\mathrm{e}$是离子-电子质量比。的计算时间的改善，使得它能够执行离子尺度的gyrokinetic模拟与高速度的空间分辨率，并运行多个模拟，以确定依赖的湍流动力学参数，如电子-离子温度比和等离子体β。
2018-02-02 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Hybrid (kinetic-fluid) simulation scheme based on method of characteristics
特征线法的某些特性与Vlasov模拟有关[H。Abbasi { \it等人}，Phys. Rev. \textbf{84}，036702（2011）]。这种Vlasov模拟方案可以是无递归的，只要在速度空间中随机设置初始相点。自然地，精细结构的较少滤波（由网格间距引起）是可能的，因为现在存在比网格间距更小的尺度，网格间距是两个相点之间的平均距离。它的插值格式形式简单，运算量小。在我们以前的报告中，最简单的模型（不动离子）被认为只是为了证明重要的特征。现在，一个混合模型的介绍，解决耦合Vlasov-Fluid-Poisson系统自洽。一个可能的应用程序的代码是研究的离子声（IA）孤子属性。为此，考虑了具有热电子和冷正离子的无碰撞等离子体。对于电子，无碰撞Vlasov方程是通过在相空间中遵循无碰撞相点轨迹来求解的，而离子则服从流体方程。假定了周期性边界条件。Vlasov方程的特征方程和流体方程均采用蛙跳梯形法求解。然而，为了获得蛙跳的第一半时间步长，采用欧拉-梯形方案。该格式方便地耦合了蛙跳法中的两个著名的网格。该模型的第一个测试是一个固定的IA孤子。捕获的电子被认为是和相关联的相空间空穴显示。然后作为非平稳测试，研究了局域化初始轮廓的IA孤子产生。守恒定律是另一个基准测试。
2015-07-05 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Ionization waves (striations) in low-current DC discharges in noble gases obtained with a hybrid kinetic-fluid model
本文采用混合动力学-流体模型研究了惰性气体直流放电低电流等离子体柱中的电离波（条纹）。耦合的解决方案的动力学方程的电子，离子的漂移扩散方程，和泊松方程的电场澄清的等离子体分层的性质，在正柱和近电极效应。一个简化的两能级激发电离模型的条件时，由于逐步电离，气体加热，电子之间的库仑相互作用的非线性效应可以忽略不计。证实了非局域效应是低等离子体密度下直流放电中运动条纹形成的原因。氖中S、P、R型和氩中S型自激波的计算值与实验值符合较好。阐明了氦等离子体对分层稳定的原因。结果表明，当电离率是电场的非线性函数时，维持分层等离子体比无条纹等离子体更有效。然而，电离率对电场的非线性依赖性是不需要等离子体分层。氖中S、P和R型的条纹存在最小或没有电离增强。在我们的模拟中已经证明了柱长度对波性质的影响。
2022-12-11 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Verification of long wavelength electromagnetic modes with a gyrokinetic-fluid hybrid model in the XGC code
作为动力学电子的替代选择，回旋动力学总f粒子单元（PIC）代码XGC 1已经通过将回旋动力学PIC离子与无质量漂移流体电子相结合而扩展到MHD/流体类型电磁区域，类似于Chen和Parker，Physics of Plasmas 8，441（2001）。两个代表性的长波长模式，剪切阿尔文波和电阻撕裂模式，在圆柱形和环形磁场的几何形状进行了验证。
2017-02-16 physics.plasm-ph
Adaptive Kinetic-Fluid Models for Expanding Plasmas
描述了不同条件下瞬态等离子体射流的气体动力学和等离子体效应。我们的统一流动求解器（UFS）的混合连续稀薄流，瞬态气体膨胀动力学和碰撞等离子体膨胀的模拟进行评估。我们确定了进一步的进展，所需的混合流体动力学模拟激光烧蚀和EEE诱导等离子体射流。
2018-01-15 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Fluid Simulations of Three-Dimensional Reconnection that Capture the Lower-Hybrid Drift Instability
流体模型，近似动力学效应最近受到关注的大尺度等离子体，如行星磁层的建模。在三维重联中，重联本身和电流片不稳定性都需要适当地表示。我们表明，基于压力梯度的热通量封闭，使一个十时刻的流体模型捕获的低混合漂移不稳定性（LHDI）的重连模拟内的关键属性。用动力学模型和流体连续模型研究了不稳定性的特征，并分析了它在三维重联模拟中的作用。电磁LHDI的饱和水平高于预期，这导致电流片的强烈扭结。因此，初始扰动的大小对所产生的湍流具有显著影响。
2020-12-28 physics.plasm-ph
A fully implicit, conservative, non-linear, electromagnetic hybrid particle-ion/fluid-electron algorithm
准中性混合动力学离子和流体电子模型是一个很有前途的方法，在空间和实验室等离子体中的许多问题的固有的多尺度性质的桥梁。在这里，一个新的，隐式的，基于粒子的混合模型的计划，推导出多维电磁问题与多个离子物种，其功能的整体质量，动量和能量守恒。该方案包括子循环和轨道平均的离子，与细胞为中心的有限差分和隐式中点时间提前。为了减少离散粒子噪声，该计划允许任意阶形状函数的粒子网格插值和保守二项式平滑的应用。该算法被验证了一些测试问题，以证明实施的正确性，独特的守恒性质，以及良好的稳定性的新计划。特别是，有没有迹象表明的冷离子漂移通过一个统一的空间网格的人口的有限网格不稳定性的不稳定增长，在设置中，几个常用的非保守计划是高度不稳定的。
2018-03-19 physics.comp-ph physics.plasm-ph physics.space-ph
High-beta runaway transitions in a fluid model of electromagnetic ion-temperature-gradient turbulence
Princeton Plasma Physics Laboratory（普林斯顿等离子体物理实验室）
基于回旋动理学推导出最小流体模型，研究等离子体beta超过临界值时湍流从带状流主导转变为径向细长流管态的机制，发现雷诺应力被麦克斯韦应力和抗磁应力压倒时发生转变，并得到应力比与beta和ITG的幂律标度。
2026-06-03 physics.plasm-ph
A conservative implicit-PIC scheme for the hybrid kinetic-ion fluid-electron plasma model on curvilinear meshes
混合动力学-离子流体-电子等离子体模型被广泛应用于空间和实验室等离子体物理中具有挑战性的多尺度问题的研究。在这里，一个新的保守的计划，这个模型采用隐式粒子在细胞技术扩展到任意坐标系通过曲线映射从逻辑到物理空间。该方案的特点是一个完全非线性的电磁制剂与多速率的时间提前-包括子循环和轨道平均的动力学离子。通过在曲线坐标系中仔细选择相容的基于粒子的动力学离子和基于网格的流体电子离散，以及粒子网格插值和隐式中点时间推进，该方案被证明可以保持任意曲线网格的总能量。在静电极限下，该方法也被证明是守恒的总动量为任意曲线网格。虽然在电磁场的情况下，任意曲线网格的动量不守恒，但它是笛卡尔张量填充网格的一个重要子集。该方案及其新颖的守恒性质证明了几个具有挑战性的数值问题，使用不同的曲线网格，包括合并磁通绳模拟空间天气的应用，和螺旋$m=1$模式模拟磁聚变能的应用。
2021-10-08 physics.comp-ph physics.plasm-ph physics.space-ph
Hybrid PIC-fluid model for numerical simulation of laser-plasma interaction
DUSOFT LAB LLC（杜索夫特实验室有限公司）
本文提出混合PIC-流体模型，用于高效模拟激光-等离子体相互作用，结合离子动力学与电子流体模型，实现高能量密度等离子体的自洽演化。
2026-01-04 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Energy stability analysis for a hybrid fluid-kinetic plasma model
在等离子体物理中，混合流体动力学模型由描述体相流体成分的磁流体力学（MHD）部分和描述高能等离子体成分的弗拉索夫动力学理论部分组成。虽然在等离子体文献中的大多数混合模型是非哈密顿的，本文研究了最近在其二维配置的哈密顿变量。相应的哈密顿结构描述连同其卡西米尔不变量。然后，能量Casimir方法被用来获得显式的充分稳定性条件，这意味着一个稳定的谱，并建议非线性稳定性。
2013-06-11 math-ph math.MP physics.plasm-ph
An Implicit, Moment-Conserving Low-Rank Tensor Method for the Hybrid Kinetic-Ion Fluid-Electron Plasma Model
Los Alamos National Laboratory（洛斯阿拉莫斯国家实验室）；University of Delaware（特拉华大学）
本文提出一种用于混合动理学离子-流体电子等离子体模型的隐式、矩守恒低秩张量方法，利用张量列车分解避免维度灾难，并通过改进的守恒截断保证质量、动量和能量守恒，经静电和电磁测试验证。
2026-10-07 physics.plasm-ph
A linear dispersion relation for the hybrid kinetic-ion/fluid-electron model of plasma physics
发展了一种适用于等离子体物理的混合模型的色散关系，它结合了完全动力学离子和无质量电子流体的描述。虽然这个模型和它的变化已经被用来描述等离子体现象约40年，到目前为止，不存在一般的色散关系来描述模型中包含的线性波物理。以前的努力沿着这些线在这里扩展到保留任意波的传播角度，温度各向异性的影响，以及在广义欧姆定律，它确定的电场的附加条款。色散关系的数值求解器的开发，和线性波物理基准对一个完整的弗拉索夫-麦克斯韦色散关系求解器的解决方案。这项工作打开了大门，更准确地解释现有的和未来的波浪和湍流模拟使用这种类型的混合模型。
2016-05-23 physics.plasm-ph
Hybrid codes (massless electron fluid)
混合程序被广泛用于模拟空间等离子体中的离子尺度现象。混合代码与全粒子（PIC）代码的不同之处在于，电子被建模为通常假设为无质量的流体，而电场在时间上不提前，而是在新的时间水平上从提前的离子量和磁场计算。在这一章中，我们将集中讨论无质量电子的混合模型，首先讨论简单的混合编码算法的基础。然后，我们展示了最近使用的大规模空间等离子体模拟的结构，在行星弓激波-前震系统，磁层顶的磁重联，和复杂的现象，由于与弓激波，磁重联，和湍流的动力学过程的相互作用在磁鞘的混合代码的例子。然后讨论了一些其他的混合代码的基础上不同的算法，目前正在积极使用，以调查各种空间等离子体过程，以及一些最近的工作发展的新模式。最后，我们对混合码的未来发展和使用提出了一些简短的评论。
2022-04-04 physics.plasm-ph
Hybrid fluid-kinetic cylindrical equilibria with axial background magnetic field
本文构建含轴向背景磁场的一维准中性螺旋箍缩混合平衡，用三参数动理学离子分布将问题化为四个拟线性 ODE 并数值求解，分析静态与剪切流动情形及参数影响。
2025-07-27 physics.plasm-ph
A cancellation problem in hybrid particle-in-cell schemes due to finite particle size
准中性混合粒子网格算法是研究实验室、空间和天体物理等离子体多尺度问题的一种常用模型。在这里，它示出，作为一个基于网格的流体的离子作为有限尺寸的颗粒和电子的治疗可能会导致显着的数值波色散误差的磁流体动力学极限（$kd_i \ll 1$，其中$d_i$是离子趋肤深度）。建议对网格间距$Δx/d_i$提出实际要求，以限制上述误差。
2019-12-10 physics.comp-ph physics.plasm-ph physics.space-ph
A Generalized Quasi-Neutral Fluid-Particle Hybrid Plasma Model and Its Application to Energetic-Particle-Magnetohydrodynamics Hybrid Simulation
在准中性假设下，提出了一个适用于无碰撞等离子体的广义流体-粒子混合模型。该系统由流体离子和电子以及任意数量的物种组成，其动力学由弗拉索夫方程控制。因此，所提出的模型是一个通用的版本，著名的标准混合等离子体模拟模型，其中的离子是完全动力学的，而电子被假定为流体。由于所提出的模型采用广义欧姆定律的精确形式，质量和能量密度，以及动力学物种的荷质比，采取任意的。在不存在动力学物质的情况下，它简化为准中性双流体模型（Amano，2015，JCP）。在相反的情况下，动力学粒子的质量和能量密度远大于流体离子，它只不过是标准的混合模型与有限的电子惯性效应。如果动力学粒子是质量密度可以忽略不计但能量密度很大的高能粒子（EP），并且尺度尺寸远大于离子和电子的惯性长度，则它描述了磁流体动力学（MHD）和EP动力学之间的自洽耦合。因此，能量粒子磁流体动力学（EP-MHD）混合模型是本文所述的更一般的模型的一个特例。这种方法比现有的模型的优点进行了讨论。一个三维模拟代码求解所提出的方程组进行说明。该代码结合了粒子在细胞计划解决的动力学物种和黎曼求解器为基础的代码的双流体方程。几个基准模拟结果证实，代码成功地捕捉到的EP人口相互作用的MHD流体自洽的动态。
2018-04-10 astro-ph.HE physics.plasm-ph physics.space-ph
Interactions between flow fields induced by surface dielectric barrier discharge arrays
本研究利用纹影成像、PIV和流体模拟分析了SDBD系统诱导的流场，发现不同电极配置对流场影响显著，其中扩展涡旋结构能增强气体混合，解释了该系统对VOCs的高转化率。
2023-07-28 physics.plasm-ph
Hamiltonian approach to hybrid plasma models
几个混合动力学-流体模型的哈密顿结构被明确确定，考虑无碰撞的弗拉索夫动力学的热粒子与体相流体相互作用。在提出了不同的压力耦合方案的普通流体与热气体相互作用后，本文扩展了处理，以考虑流体等离子体与高能离子物种的相互作用。电流耦合和压力耦合的MHD方案被广泛处理。特别是，压力耦合方案所示的需要一个运输类条款的弗拉索夫动力学方程，为了保持哈密顿结构。本文的最后一部分是致力于研究更一般的情况下，一个充满活力的离子物种相互作用的中和电子背景（混合霍尔MHD）。循环法和卡西米尔泛函明确提出在每种情况下。
2010-07-09 nlin.CD physics.plasm-ph
Space-filter techniques for quasi-neutral hybrid-kinetic models
空间滤波方法已被证明是研究中性流体中湍流的基本工具，提供了在位形空间中分析尺度到尺度能量传递的能力。众所周知，等离子体中的湍流提出了不同于中性流体的挑战，特别是当感兴趣的尺度包括动力学效应时。对于动力学等离子体，空间滤波器方法仍然在很大程度上未被探索。在这里，我们推导出空间过滤（或等效的“粗粒度”）方程的配置空间的准中性混合动力学等离子体模型，其中离子是完全动力学和电子是一个中和流体。不同的模型和封闭的电子流体被认为是，包括有限的电子惯性效应和全电子的压力张量动力学。在真实空间中的湍流波动的级联取决于不同的近似的影响进行了讨论。
2020-07-07 physics.plasm-ph physics.space-ph
