数学 > 数值分析
[提交于 2019年11月1日
(v1)
,最后修订 2024年5月28日 (此版本, v3)]
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: 这项工作涉及开发熵稳定且保持正性的不连续伽辽金(DG)方法,作为用于模拟半导体能带中碰撞电子输运概率密度的玻尔兹曼-泊松系统的计算方案。在表示球形/能量角变量的动量坐标中,我们提出了相应的Vlasov-Boltzmann方程,其中包含一个线性碰撞算子和一个奇异测度,以适当的方式将散射建模为带结构的函数,适用于热电子纳米尺度输运。我们展示了在熵范数下半离散DG格式的稳定性结果,针对一维位置(二维动量)和二维位置(三维动量),利用碰撞算子的耗散性质及其熵不等式。后者依赖于哈密顿量的指数,而不是仅与动能相关的麦克斯韦分布。对于一维问题,知道泊松方程的解析解并收敛到恒定电流对于获得完全稳定性(加权熵范数随时间减少)至关重要。对于二维问题,在估计熵范数下的稳定性时考虑了镜面反射边界条件和周期性。关于DG方案中一维问题的保持正性证明,受\cite{ZhangShu1}、\cite{ZhangShu2}和\cite{CGP}、\cite{EECHXM-JCP}的启发,我们将碰撞视为源项,并找到传输项和碰撞项的凸组合,以保证下一时间步数值概率密度的单元平均值的正性。通过应用保留单元平均值的限制器\cite{ZhangShu1}和\cite{ZhangShu2},修改分段线性解的斜率,从而保证域内概率密度数值解的正性。
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