Implementation of a Mesh refinement algorithm into the quasi-static PIC code QuickPIC

Qianqian Su

doi:10.1016/j.jcp.2025.114225

2025-07-06

PRE

DOI：10.1016/j.jcp.2025.114225

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• 将一种新型网格细化方案引入3D准静态PIC代码QuickPIC，以解决在基于等离子体的加速问题中准确建模大尺度差异的挑战。 • 专有用于包含探针束区域的极细分辨率，而其他区域则采用逐步粗化的分辨率。 • 实现了快速多重网格Poisson求解器，用于细化网格上的场求解，并通过MPI和OpenMP进行并行化，确保计算资源的高效利用和可扩展性。 • 通过将通常聚集在某一位置的细网格分散到所有处理器上，并在细化网格上求解Poisson方程后将其收集回来，解决了场求解器的不平衡计算负载问题。通过使用流水线技术显著提高了代码的可扩展性。 • 引入初步的自适应网格细化技术，进一步优化了探针束尺寸演化的模拟计算时间。 • 验证表明，使用多个细化级别并采用较小的细化比率可以减少细化边界附近的异常现象。 • 通过多个测试问题验证网格细化算法，并与使用新型混合QS PIC代码QPAD的高分辨率模拟进行比较，展示了所提出方法的准确性和可靠性。 • 该代码在关注的问题上相比QuickPIC的均匀网格实现了10-100倍的速度提升。

期刊

Journal of Computational Physics

IF:

3.8

论文数:

1.5W

被引数:

7.4W

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