“你算的对不对?”

模拟技术 发布于 2023-9-10 23:56

要不要再去看看你的结果,你算的到底对不对呢?

从事等离子体数值模拟,最常遇到的问题可能就是——

“你算的对不对?”

本期围绕这个问题展开,结合工坊团队数值模拟的经验,为从事实验和计算的等离子体科研工作者评价计算结果提供一些思路。

一方面,对仿真党来说,计算结果正确的底气来源于两方面:

一,程序/代码选择的数学模型适合实验研究的对象

如果要研究低气压(P<1 Pa)下等离子体放电特性,或者需要追踪粒子的运动轨迹,那么就不能选择流体模型;如果要研究高气压下复杂气体放电宏观特性和反应,那么使用粒子模型必然远远失真。

二,程序/代码能够复现了实验对应或类似情况下的基准算例

例如模拟大气压下气体击穿流注放电,则Kulikovsky或Nadis针板放电就是经典的基准算例。复现经典算例的意义在于:(1)确保编程正确;(2)确保数值算法合适;(3)排除潜在代码问题。

另一方面,对实验党而言,对计算结果应该有客观的认识:

一,部分结果不对≠算的不对。数值模拟是针对实验现象、实验猜想所进行的针对性计算;如同实验只能测量特定参数,计算结果也不可能展现一个实验所包含的所有物理现象,模型能力之外的结果不对很正常。数值计算是为了研究实验中特定的问题。

二、看起来不一样≠算的不对。等离子体数值模拟的理论基础,有很大一部分建立在统计物理学和量子力学的基础上,因而计算结果应该真实体现具有统计意义和工程意义的等离子体过程,不必纠结于连实验都无法完全复现的随机过程。大气压放电中,我们常常看到极为复杂的随机分叉结构,而正确的模拟中一般不会出现的——原因就在此(见下图)。

所以——

要不要再去看看你的结果,你算的到底对不对呢?

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