1. Comparison of high-order Eulerian methods for electron hybrid model
- Author
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Anaïs Crestetto, Josselin Massot, Yingzhe Li, Nicolas Crouseilles, Laboratoire de Mathématiques Jean Leray (LMJL), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Nantes université - UFR des Sciences et des Techniques (Nantes univ - UFR ST), Nantes Université - pôle Sciences et technologie, Nantes Université (Nantes Univ)-Nantes Université (Nantes Univ)-Nantes Université - pôle Sciences et technologie, Nantes Université (Nantes Univ)-Nantes Université (Nantes Univ), Institut de Recherche Mathématique de Rennes (IRMAR), Université de Rennes (UR)-Institut National des Sciences Appliquées - Rennes (INSA Rennes), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-École normale supérieure - Rennes (ENS Rennes)-Université de Rennes 2 (UR2)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut Agro Rennes Angers, Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro), Multi-scale numerical geometric schemes (MINGUS), École normale supérieure - Rennes (ENS Rennes)-Inria Rennes – Bretagne Atlantique, Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Institut de Recherche Mathématique de Rennes (IRMAR), Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Université de Rennes (UR)-Institut National des Sciences Appliquées - Rennes (INSA Rennes), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Rennes 2 (UR2)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut Agro Rennes Angers, Max-Planck-Institut für Plasmaphysik [Garching] (IPP), ANR-11-LABX-0020,LEBESGUE,Centre de Mathématiques Henri Lebesgue : fondements, interactions, applications et Formation(2011), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Nantes - UFR des Sciences et des Techniques (UN UFR ST), Université de Nantes (UN)-Université de Nantes (UN), AGROCAMPUS OUEST, Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Université de Rennes 1 (UR1), Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Université de Rennes 2 (UR2), Université de Rennes (UNIV-RENNES)-École normale supérieure - Rennes (ENS Rennes)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Rennes (INSA Rennes), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-AGROCAMPUS OUEST, Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Inria Rennes – Bretagne Atlantique, and Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)
- Subjects
Physics and Astronomy (miscellaneous) ,Population ,010103 numerical & computational mathematics ,Space (mathematics) ,Exponential integrator ,01 natural sciences ,010305 fluids & plasmas ,[PHYS.PHYS.PHYS-COMP-PH]Physics [physics]/Physics [physics]/Computational Physics [physics.comp-ph] ,symbols.namesake ,Dimension (vector space) ,0103 physical sciences ,0101 mathematics ,education ,Physics ,Numerical Analysis ,education.field_of_study ,Applied Mathematics ,Courant–Friedrichs–Lewy condition ,Mathematical analysis ,Eulerian path ,Computer Science Applications ,Computational Mathematics ,Nonlinear system ,Modeling and Simulation ,Hybrid system ,symbols ,[MATH.MATH-NA]Mathematics [math]/Numerical Analysis [math.NA] - Abstract
International audience; In this work, we focus on the numerical approximation of a hybrid fluid-kinetic plasma model for electrons, in which energetic electrons are described by a Vlasov kinetic model whereas a fluid model is used for the cold population of electrons. First, we study the validity of this hybrid modelling in a two dimensional context (one dimension in space and one dimension in velocity) against the full (stiff) Vlasov kinetic model and second, a four dimensional configuration is considered(one dimension in space and three dimensions in velocity) following [1]. To do so, we consider two numerical Eulerian methods. The first one is based on the Hamiltonian structure of the hybrid system and the second approach, which is based on exponential integrators, enables to derive high order integrator and remove the CFL condition induced by the linear part. The efficiency of these methods, which are combined with an adaptive time stepping strategy, are discussed in the different configurations and in the linear and nonlinear regimes.
- Published
- 2022