Аннотация:
Для моделирования колебаний холодной плазмы как в нерелятивистском случае, так и с учетом релятивизма, предложены и обоснованы численные алгоритмы высокой точности. Спецификой подхода является использование лагранжевых переменных для приближенного решения задачи, сформулированной в эйлеровых переменных. Основной результат представлен теоремами о сходимости предложенных алгоритмов относительно малых параметров дискретизации независимых эйлеровых переменных. Численные эксперименты наглядно иллюстрируют полученные теоретические результаты. В частности, проведено моделирование известного эффекта опрокидывания плазменных колебаний и подтверждено, что он имеет характер градиентной катастрофы.
Библ. 19. Фиг. 4.
Ключевые слова:
квазилинейные гиперболические уравнения, плазменные колебания, теоремы существования, эйлеровы и лагранжевы переменные, метод характеристик, численное решение, эффект опрокидывания, градиентная катастрофа.
Статья опубликована при финансовой поддержке Минобрнауки РФ в рамках программы Московского центра фундаментальной и прикладной математики по соглашению № 075-15-2019-1621.
Поступила в редакцию: 24.08.2020 Исправленный вариант: 24.08.2020 Принята в печать: 07.04.2021
Образец цитирования:
О. С. Розанова, Е. В. Чижонков, “Об аналитическом и численном решении одномерных уравнений холодной плазмы”, Ж. вычисл. матем. и матем. физ., 61:9 (2021), 1508–1527; Comput. Math. Math. Phys., 61:9 (2021), 1485–1503
Eugene V. Chizhonkov, “On a 1D-electrostatic test problem for the PIC method”, Russian Journal of Numerical Analysis and Mathematical Modelling, 39:1 (2024), 13
Е. В. Чижонков, “О численном моделировании колебаний в холодной, но вязкой плазме”, Вестн. Моск. ун-та. Сер. 1. Матем., мех., 2024, № 4, 32–41; E. V. Chizhonkov, “Numerical simulation of oscillations in a cold but viscous plasma”, Moscow University Mathematics Bulletin, 79:4 (2024), 182–191
Е. В. Чижонков, “О схеме Русанова третьего порядка точности для моделирования плазменных колебаний”, Ж. вычисл. матем. и матем. физ., 63:5 (2023), 864–878; E. V. Chizhonkov, “Rusanov’s third-order accurate scheme for modeling plasma oscillations”, Comput. Math. Math. Phys., 63:5 (2023), 905–918