等离子体物理中的模型方程及其高效算法的理论和数值研究

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AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    11771436
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    48.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    A0504.微分方程数值解
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2017
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2018-01-01 至2021-12-31

项目摘要

This project focuses on the construction, theory and the application in plasma physics of structure-preserving numerical methods. Specifically, the stochastic differential equations related to the physical model is studied, and the corresponding numerical methods and numerical theory are developed. The relationship between the stochastic differential equation and the linear Boltzmann equation is established. Based on the stochastic differential theory, the study of the Boltzmann equation is provided with the help of stochastic differential equations. For the ideal magnetic fluid, its structure and conservation characteristics are studied, and the corresponding efficient numerical methods are developed based on these analysis. In the implementation of corresponding numerical methods, the appropriate preconditioners and the corresponding numerical simulation are provided. The stability theory for dynamical system is established. Combined the developed stability theory, the physical problem in plasma physics such as the two-fluid instability problem is analyzed and simulated. The structure-preserving numerical methods are applied to simulate the evolutionary behavior of runaway electrons. To simulate a large number of charged particle, the parallel computing technique is developed for this problem.
本项目关注保结构算法的构造、理论研究和结合等离子体物理相关问题的应用发展。 项目主要研究物理模型相关的随机微分方程,发展相应的数值方法和数值理论,并结合随机微分方程理论建立与线性Boltzmann方程之间的关系,通过随机微分方程的相关研究为Boltzmann方程的研究提供相应思路;对理想磁流体, 研究其结构和守恒特征并建立相应的数值离散,发展高效的数值计算方法,在数值计算中发展合适的预条件子并进行相应的数值模拟;结合等离子体模型方程发展相应的动力系统和数值算法的稳定性分析理论,并对等离子体物理中如双流不稳定性等物理问题进行动力学行为的分析和相应的数值模拟;对逃逸电子的动力学行为发展和应用相应的保结构数值方法,对大量样本采样的逃逸电子进行并行计算并在机群上进行实现。

结项摘要

本项目的研究背景是基于对等离子体物理问题中带电粒子动力学行为的研究。由于所研究的物理问题具有多尺度效应,物理问题本身又具有很多守恒特征,因此数值模拟要求可以构造能够保持系统特征并长时间稳定的数值方法。 本项目通过研究模型系统的结构特征,如Poisson结构构造了相应的保结构算法,并模拟了Landau damping、 Bernstein波及Weibel不稳定、双流不稳定等不稳定现象。通过理论分析和数值模拟结果验证了算法的有效性。同时发展了并行技术提高了算法的高效性,这帮助对更多物理问题的应用和研究。

项目成果

期刊论文数量(8)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Geometric particle-in-cell methods for the Vlasov–Maxwell equations with spin effects
具有自旋效应的 Vlasov-Maxwell 方程的几何粒子内方法
  • DOI:
    10.1017/s0022377821000532
  • 发表时间:
    2021-05
  • 期刊:
    Journal of Plasma Physics
  • 影响因子:
    2.5
  • 作者:
    Nicolas Crouseilles;Paul-Antoine Hervieux;Yingzhe Li;Giovanni Manfredi;Yajuan Sun
  • 通讯作者:
    Yajuan Sun
High order symplectic integrators based on continuous-stage Runge-Kutta-Nyström methods
基于连续级龙格-库塔-尼斯特罗姆方法的高阶辛积分器
  • DOI:
    10.1016/j.amc.2019.06.031
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Applied Mathematics and Computation
  • 影响因子:
    4
  • 作者:
    Wensheng Tang;Yajuan Sun;Jingjing Zhang
  • 通讯作者:
    Jingjing Zhang
Energy-conserving Hamiltonian Boundary Value Methods for the numerical solution of the Korteweg–de Vries equation
Korteweg-de Vries 方程数值解的节能哈密顿边界值法
  • DOI:
    10.1016/j.cam.2018.10.014
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Journal of Computational and Applied Mathematics
  • 影响因子:
    2.4
  • 作者:
    Luigi Brugnano;Gianmarco Gurioli;Yajuan Sun
  • 通讯作者:
    Yajuan Sun
Symplectic integrators with adaptive time step applied to runaway electron dynamics
具有自适应时间步长的辛积分器应用于失控电子动力学
  • DOI:
    10.1007/s11075-018-0636-6
  • 发表时间:
    2019-01
  • 期刊:
    Numerical Algorithms
  • 影响因子:
    2.1
  • 作者:
    Yanyan Shi;Yajuan Sun;Yang He;Hong Qin;Jian Liu
  • 通讯作者:
    Jian Liu
Solving the Vlasov–Maxwell equations using Hamiltonian splitting
使用哈密顿分裂求解 Vlasov–Maxwell 方程
  • DOI:
    10.1016/j.jcp.2019.06.070
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Journal of Computational Physics
  • 影响因子:
    4.1
  • 作者:
    Yingzhe Li;Yang He;Yajuan Sun;Jitse Niesen;Hong Qin;Jian Liu
  • 通讯作者:
    Jian Liu

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  • 通讯作者:
    赵慧颖

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孙雅娟的其他基金

Vlasov方程的保结构算法的研究
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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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