Superkomputer: Zastosowania

Celem projektu jest badanie procesów dynamicznych związanych z formowaniem nieciągłości, rekoneksją magnetyczną oraz z niestabilnościami i turbulencją w plazmach astrofizycznych. Badania obejmują głównie heliosferę, magnetosferę oraz procesy plazmowe w wietrze słonecznym. Głównym problemem naukowym jest zrozumienie wzajemnych relacji i wzajemnego wpływu dynamiki plazmy na różnych skalach czasowych i przestrzennych. Dynamika plazmy modelowana jest zarówno w ujęciu kinetycznym jak i płynowym.
Do symulacji numerycznych w przybliżeniu kinetycznym używany jest zrównoleglony kod numeryczny zaimplementowany w języku C/C++ (z użyciem bibliotek MPI, FFTW, GSL) używający metody hybrydowej particle-in-cell w jednym, dwóch lub trzech wymiarach przestrzennych. W metodzie tej rozwiązanie równań Maxwella-Vlasova uzyskiwane jest poprzez bezpośrednie całkowanie równań ruchu dla jonów, elektrony są modelowane w przybliżeniu płynowym, ewolucja czasowa pól elektrycznego i magnetycznego jest uzyskiwana na regularnej siatce przestrzennej typu Yee (znanej także jako staggered grid).
Symulacje w przybliżeniu płynowym prowadzone są przy użyciu zrównoleglonego kodu zaimplementowanego w języku C/C++ (z użyciem bibliotek MPI, FFTW, GSL) w którym możliwe są obliczenia w ramach przybliżeń MHD lub Hall-MHD w jednym, dwóch lub trzech wymiarach przestrzennych. Rozwiązanie równań płynowych jest uzyskiwane przy użyciu schematu typu Kurganov-Tadmor (MUSCL), iteracja rozwiązania w czasie odbywa się w oparciu o schemat typu Runge-Kutta, przy czym bezźródłowość pola magnetycznego jest zapewniona dzięki użyciu regularnej siatki przestrzennej typu Yee.
Badane zjawiska fizyczne mają charakter wieloskalowy i wymagają równoległych wieloprocesorowych obliczeń na siatkach przestrzennych o dużej rozdzielczości przy użyciu dużych mocy obliczeniowych.
Powiązane publikacje:
Ben-Jaffel L., Strumik M., Ratkiewicz R., Grygorczuk J., The Existence and Nature of the Interstellar Bow Shock, The Astrophysical Journal, Vol. 779, 130, 2013.
Strumik M., Grzedzielski S., Czechowski A., Macek W.M., Ratkiewicz R., Advective transport of the interstellar plasma into the heliosphere across reconnecting heliopause, The Astrophysical Journal Letters, Vol. 782, L7, 2014.
Macek W.M., Strumik M., Hyperchaotic intermittent convection in a magnetized viscous fluid, Physical Review Letters, Vol. 112, 074502, 2014.
Strumik M., Roytershteyn V., Karimabadi H., Stasiewicz K., Grzesiak M., Przepiórka D., Identification of the dominant ULF wave mode and generation mechanism for obliquely propagating waves in the Earth's foreshock, Geophysical Research Letters, Vol. 42, 5109-5116, 2015.
Helander, P., Strumik, M., & Schekochihin, A.. Constraints on dynamo action in plasmas. Journal of Plasma Physics, Vol. 82(6), 2016.
Strumik M., Stasiewicz K., Multidimensional Hall magnetohydrodynamics with isotropic or anisotropic thermal pressure: Numerical scheme and its validation using solitary waves, Journal of Computational Physics, Vol. 330, 846-862, 2017.