Guiding center simulations on curvilinear grids

Adnane Hamiaz (1, 2) , Michel Mehrenberger (1, 3, 2) , Aurore Back (4) , Pierre Navaro (5)

1 IRMA - Institut de Recherche Mathématique Avancée
2 TONUS - TOkamaks and NUmerical Simulations
3 IPP - Max-Planck-Institut für Plasmaphysik [Garching]
4 IECL - Institut Élie Cartan de Lorraine
5 IRMAR - Institut de Recherche Mathématique de Rennes

Semi-Lagrangian guiding center simulations are performed on sinusoidal perturbations of cartesian grids, thanks to the use of a B-spline finite element solver for the Poisson equation and the classical backward semi-Lagrangian method (BSL) for the advection. We are able to reproduce the standard Kelvin-Helmholtz instability test on such grids. When the perturbation leads to a strong distorted mesh, we observe that the solution differs if one takes standard numerical parameters that are used in the cartesian reference case. We can recover good results together with correct mass conservation, by diminishing the time step.

Des simulations semi-lagrangiennes du modele centre-guide sont effectuees sur des perturbations sinusoidales de maillages cartesiens, grace a l'utilisation d'un solveur elements finis splines pour l'equation de Poisson et la methode semi-Lagrangienne en arriere classique (BSL) pour l'advection. Nous pouvons reproduire le test standard de l'instabilite de Kelvin-Helmholtz sur ces grilles. Lorsque la deformation du maillage est forte, on observe que la solution differe, si on prend les parametres numeriques standards qui sont utilises dans le cas cartesien de reference. On peut retrouver neanmoins les bons resultats et une conservation de masse correcte, en diminuant le pas de temps.

Mots clés: Guiding center model curvilinear grid semi-Lagrangian

Domaines: Physique des plasmas [physics.plasm-ph]; Analyse numérique [math.NA]; Modélisation et simulation; Physique Numérique [physics.comp-ph]

Adnane Hamiaz, Michel Mehrenberger, Aurore Back, Pierre Navaro. Guiding center simulations on curvilinear grids. ESAIM: Proceedings, 2016, 53, pp.99-119. ⟨10.1051/proc/201653007⟩. ⟨hal-00908500v3⟩