粒子模擬中吸收邊界務(wù)件理論研究及算法實(shí)現(xiàn).pdf

1、科學(xué)研究中，當(dāng)面對(duì)一個(gè)復(fù)雜行為的物理系統(tǒng)時(shí)，在通過(guò)理論或?qū)嶒?yàn)手段探究系統(tǒng)物理行為之外，通過(guò)計(jì)算機(jī)利用數(shù)值模擬方法來(lái)模擬計(jì)算復(fù)雜的物理問(wèn)題，逐漸成為研究和解決這類問(wèn)題的有效方法。自20世紀(jì)70年代以來(lái)，計(jì)算機(jī)技術(shù)以及粒子模擬方法的日益成熟，使得在面對(duì)理論或者實(shí)驗(yàn)難以解決的物理問(wèn)題時(shí)，計(jì)算機(jī)模擬發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。尤其是在縮短科研周期、減少驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)、降低經(jīng)費(fèi)開(kāi)銷等方面，粒子模擬方法貢獻(xiàn)巨大。在對(duì)電真空器件的模擬研究中，常需要做出有限的封

2、閉的計(jì)算空間來(lái)模擬器件的腔體結(jié)構(gòu)，這就要求考慮各種各樣的邊界條件。其中，吸收邊界使得電磁波向外傳播時(shí)被吸收而無(wú)反射，在模擬過(guò)程中扮演了重要角色。因此，在具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的電磁粒子模擬軟件CHIPIC中實(shí)現(xiàn)吸收邊界模塊就具有很重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文主要工作如下：
　　首先，對(duì)粒子模擬軟件CHIPIC做了簡(jiǎn)單介紹，并針對(duì)其吸收邊界算法進(jìn)行了理論上的分析。根據(jù)程序流程圖在三維建模平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)吸收邊界模塊，并建立電偶極子、磁絕緣線振蕩器兩個(gè)實(shí)

3、例對(duì)吸收邊界模塊進(jìn)行驗(yàn)證，最后的模擬結(jié)果表明了吸收邊界模塊的正確性。
　　其次，根據(jù)對(duì)高功率電真空器件的研究模擬需要，改善基于中心差分的吸收邊界算法，推導(dǎo)吸收邊界算法在時(shí)偏算法、HIGH-Q算法下吸收邊界區(qū)域中的場(chǎng)更新迭代公式，并在CHIPIC軟件中實(shí)現(xiàn)。最后模擬計(jì)算返波管模型，計(jì)算結(jié)果與中心差分算法下的仿真數(shù)據(jù)相對(duì)比，結(jié)果表明CHIPIC軟件吸收邊界模塊在這兩種算法具有良好的實(shí)用性。
　　最后，詳細(xì)研究了在粒子入射到吸收邊