粒子模擬中吸收邊界務件理論研究及算法實現(xiàn).pdf

1、科學研究中，當面對一個復雜行為的物理系統(tǒng)時，在通過理論或?qū)嶒炇侄翁骄肯到y(tǒng)物理行為之外，通過計算機利用數(shù)值模擬方法來模擬計算復雜的物理問題，逐漸成為研究和解決這類問題的有效方法。自20世紀70年代以來，計算機技術(shù)以及粒子模擬方法的日益成熟，使得在面對理論或者實驗難以解決的物理問題時，計算機模擬發(fā)揮越來越重要的作用。尤其是在縮短科研周期、減少驗證性實驗、降低經(jīng)費開銷等方面，粒子模擬方法貢獻巨大。在對電真空器件的模擬研究中，常需要做出有限的封

2、閉的計算空間來模擬器件的腔體結(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被吸收而無反射，在模擬過程中扮演了重要角色。因此，在具有自主知識產(chǎn)權(quán)的電磁粒子模擬軟件CHIPIC中實現(xiàn)吸收邊界模塊就具有很重要的現(xiàn)實意義。本文主要工作如下：
　　首先，對粒子模擬軟件CHIPIC做了簡單介紹，并針對其吸收邊界算法進行了理論上的分析。根據(jù)程序流程圖在三維建模平臺上實現(xiàn)吸收邊界模塊，并建立電偶極子、磁絕緣線振蕩器兩個實

3、例對吸收邊界模塊進行驗證，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，推導吸收邊界算法在時偏算法、HIGH-Q算法下吸收邊界區(qū)域中的場更新迭代公式，并在CHIPIC軟件中實現(xiàn)。最后模擬計算返波管模型，計算結(jié)果與中心差分算法下的仿真數(shù)據(jù)相對比，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用性。
　　最后，詳細研究了在粒子入射到吸收邊