很好地介绍了磁流体动力学 (MHD) 的数值方法

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2021-12-13 11:26:35

我最近开始阅读有关磁流体动力学(MHD)的内容。虽然我在流体部分(理论和数字)方面有经验,但我对磁电机部分的了解非常有限。

目前,我正在阅读戴维森的这本书,这本书非常适合学习物理学。我决定一个好的第一步是编写我自己的简单代码来解决归纳方程

Bt=×(u×B).

问题是我不知道具体选择的数值方法将如何解决这个问题,也不知道测试用例的表现如何。

因此,我正在寻找一本关于 MHD 数值方法的好的介绍性书籍或脚本。理想情况下,我希望找到与Durran的地球物理流体动力学 (GFD) 书籍类似的东西——全面介绍该领域使用的不同数值方法,并分析它们从简单到复杂的基准问题的性能。

附录:为了稍微澄清我的问题,我不是在寻找对 MHD 中使用的方法的一般介绍(有限差分、特定积分方法、有限元等)。相反,我正在寻找一本讨论这些方法如何针对与 MHD 相关的特定方程执行的书。例如,如果我用隐式欧拉和居中差分求解归纳方程会发生什么?如果我改用逆风模板会发生什么变化?Durran 的书在回答 GFD 的此类问题方面做得非常出色——我希望 MHD 也能出现类似的情况。

PS:我发现以下问题很有趣(我将尝试那里链接的代码),但没有为一本好书提供答案,以了解那里链接的代码中发生了什么。

3个回答

据我了解,您希望了解哪种数值方法最能模拟与特定问题相关的真实物理学。MHD涵盖了广泛的现象——等离子体物理学(离子和电子的长度尺度)到理想的MHD(与黑洞或其他致密物体周围的吸积盘相关的长度尺度)。
在这种情况下,建议跟踪您想要模拟的物理部分/比例,并根据物理比例参数的适当理由忽略其他部分,特别是在流体近似适合或不适合的情况下,以及什么错误。

我主要参考了鲍尔斯和威尔逊的书,应用物理学和天体物理学中的数值建模它在建立基本方程后很快介绍了数值格式,并介绍了拉格朗日和欧拉格式。Gabor Toth 是该领域经验丰富的研究员,他有讲义——http: //www-personal.umich.edu/~gtoth/Teach/porto_course.pdf它很好地介绍了 MHD 仿真中的常见问题(保持无发散等)和代码设计原则。

关于测试用例,任何研究级代码库都会有一个很好的比较或至少有一个测试问题列表。FLASH ( http://flash.uchicago.edu/site/ ) 就是这样一种广泛用于研究的基础。它的用户指南(http://flash.uchicago.edu/site/flashcode/user_support/flash4_ug_4p3/node39.html#SECTION010120000000000000000)有一个很好的集合,被认为是一组很好的测试问题,MHD代码必须满足。

PS:对于感应方程,二维 MHD 转子问题(Balsara 和 Spicer,1999)将是一个很好的问题。

Jim Stone 在 IAS 举办的暑期学校做了一系列精彩的讲座。链接在这里(Stone_Lecturex.pdf)

http://www.sns.ias.edu/pitp2/2009files/Lecture_Notes/