一种微波部件二次电子倍增仿真中粒子合并方法

摘要

本发明涉及一种微波部件二次电子倍增仿真中粒子合并方法，首先建立微波部件的三维几何模型并建立粒子模拟区域进行二次电子倍增效应数值模拟，然后设置粒子合并阈值并在粒子模拟区域的总粒子数目大于粒子合并阈值后进行粒子合并，通过将粒子按照速度相空间进行分类并按能量大小每四个粒子分为一个集合，在每个集合中将四个粒子合并为两个，并对剩余粒子进行补偿实现粒子模拟区域所有粒子的合并。本发明方法保证了合并前后粒子能量守恒与相空间分布一致，可在微波部件二次电子倍增仿真中多次应用，实现计算效率的成倍提高，非常适用于在一定硬件条件下大幅度提高大功率微波部件微放电、低气压放电数值分析效率。

主权项

一种微波部件二次电子倍增仿真中粒子合并方法，其特征在于包括下列步骤：(1)建立微波部件的三维几何模型，建立粒子模拟区域，所述粒子模拟区域为微波部件内部中空部分，将微波部件三维几何模型与粒子模拟区域剖分成若干个六面体网格，粒子随机分布在粒子模拟区域对应的六面体网格中，对应每一个六面体网格分别建立粒子链表，存储位于其中的粒子的质量、电荷量、位移与速度；(2)确定进行粒子合并的阈值，所述阈值包括粒子模拟区域中总粒子数目的阈值N₁；(3)当粒子模拟区域中总粒子数目大于阈值N₁时进行粒子合并，每一个六面体网格内粒子合并的方法为：(3.1)将六面体网格的三维速度相空间按照直角坐标系分为多个象限,对每个象限建立临时链表；(3.2)遍历六面体网格中的每个粒子，将六面体网格中的粒子划分到步骤(3.1)所形成的多个象限中，在相应的临时链表内存储粒子的质量、电荷量、位移与速度；(3.3)每个临时链表中的粒子按照能量从大到小排序，每四个粒子分为一个集合；(3.4)将集合内的四个粒子合并为两个粒子；(3.5)临时链表中按四个粒子分配后剩余的粒子形成一个剩余集合，若剩余集合中余一个粒子，则直接将该粒子删掉；若余三个粒子则补一个与剩余集合中最后一个粒子质量、电荷量、位移与速度完全相同的粒子，形成补偿后的四个粒子，再将所述补偿后的四个粒子按步骤(3.4)合并为两个粒子；若剩余集合中余两个粒子，则将两个粒子合并为一个粒子，合并后粒子质量和电荷量加倍，速度为合并前两个粒子的平均速度，位移为合并前两个粒子的平均位移；(3.6)采用合并后的粒子更新临时链表，采用临时链表更新其所对应的六面体网格的粒子链表，完成粒子合并；所述步骤(3.4)中四个粒子合并为两个粒子后，合并后两个粒子的质量、电荷量、速度与位移的确定方法如下：设合并前四个粒子的速度分量分别为V_1x、V_1y、V_1z，V_2x、V_2y、V_2z，V_3x、V_3y、V_3z，V_4x、V_4y、V_4z，质量为m，电荷量为q，则四个粒子速度的平均值为：Vcmx＝(V_1x+V_2x+V_3x+V_4x)/4，Vcmy＝(V_1y+V_2y+V_3y+V_4y)/4，Vcmz＝(V_1z+V_2z+V_3z+V_4z)/4，合并后两个粒子中每一个粒子质量变为2m，电荷量变为2q；合并后两个粒子的速度分量分别为V_5x、V_5y、V_5z，V_6x、V_6y、V_6z，其中V_5x＝Vcmx‑a、V_6x＝Vcmx+a、V_5y＝Vcmy‑b、V_6y＝Vcmy+b、V_5z＝Vcmz‑c、V_6z＝Vcmz+c，$a=\sqrt{\frac{1}{4}\times (V_{1x}^2+V_{2x}^2+V_{3x}^2+V_{4x}^2)-V^2\mathrm{cmx}},b=\sqrt{\frac{1}{4}\times (V_{1y}^2+V_{2y}^2+V_{3y}^2+V_{4y}^2)-V^2\mathrm{cmy}},$$c=\sqrt{\frac{1}{4}\times (V_{1z}^2+V_{2z}^2+V_{3z}^2+V_{4z}^2)-V^2\mathrm{cmz}};$合并后两个粒子的位移分别设置为合并前集合中奇数位或偶数位的两个粒子的位移。