数学 > 数值分析
标题: 熵稳定保持正性的DG方案用于沿能带的碰撞电子输运的玻尔兹曼-泊松模型
标题: Entropy-stable positivity-preserving DG schemes for Boltzmann-Poisson models of collisional electronic transport along energy bands
摘要: 本工作开发了熵稳定且保持正性的DG方法,作为计算方案用于模拟半导体晶体晶格中沿能带的电子输运的概率密度函数(pdf)的玻尔兹曼-泊松系统。 我们使用球坐标或能量角变量作为动量坐标,提出了相应的Vlasov玻尔兹曼方程。 该方程具有一个线性碰撞算子,其奇异测度模型将散射表示为能带的函数。 我们展示了半离散DG格式在熵范数下的稳定性结果,适用于1D位置2D动量和2D位置3D动量的情况,利用了碰撞算子的耗散性质,其熵不等式依赖于整个哈密顿量,而不仅仅是动能。 对于1D问题,了解泊松方程的解析解以及收敛到恒定电流的知识对于获得完全稳定性至关重要。 对于2D问题,在熵范数下稳定性估计中除了周期性外还考虑了镜面反射边界条件。 关于保持正性(1D位置),我们将碰撞算子视为源项,并找到运输项和碰撞项的凸组合,以保证下一时间步数值pdf的单元平均值的正性。 通过应用自然限制器,可以保证整个域中数值pdf的正性,这些限制器保持单元平均值不变,但修改分段线性解的斜率,以使函数非负。 使用球坐标系$\vec{p}(|\vec{p}|,\mu=cos\theta,\varphi)$与之前BP的DG求解器中的选择略有不同,因为所提出的DG公式在运输和碰撞项中涉及仅包含分段多项式函数的积分,这比之前的方法更适合高斯求积。
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