三维共形电磁粒子模拟技术研究

摘要：

CEMPIC为基于面向对象的C++语言所研制的用于真空电子学器件设计与验证的电磁粒子模拟软件,通过MPI消息传递机制实现了区域分解后相邻计算区域之间的信息通讯,具备大规模高效并行计算能力.在前处理方面,CEMPIC软件基于开源的计算机辅助设计函数库OpenCascade实现了复杂几何模型的构建,并基于射线跟踪法实现了高效、准确的共形网格剖分.在核心算法方面,CEMPIC基于保辛格式的共形电磁电磁场算法,能够准确求解弯曲边界处的电磁场值,并在很大程度上消除了粒子模拟中数值上虚拟的Cherenkov辐射;采用了三步Boris积分法提高了求解描述粒子运动的Lorentz力方程的精度;采用了满足电荷守恒的高阶权重分配和插值算法,使得算法体系能够满足离散的Gauss定理;采用了高阶的数值滤波技术,减低了由权重分配算法所产生的数值噪声.为验证CEMPIC软件的算法体系的正确性、匹配性以及软件的计算能力,采用CEMPIC软件对典型的高功率微波器件进行了模拟计算和验证.

关键词：粒子模拟、共形、辛积分、Boris推进、Cherenkov辐射、数值滤波、粒子轨迹跟踪、模式成分分析

分类号：O53(等离子体物理学)

在线出版日期：2020-04-10（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共11页

页码：12-22