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LSFEM Implementation of MHD Numerical Solver

Applied Mathematics 2012年第11期3卷 1842-1850页

作者： jan skala Miroslav Barta University J.E.Purkinje Ustínad LabemCzech Republic Max Planck Institute for Solar System Research Katlenburg-LindauGermany Astronomical Institute of Czech Academy of Sciences OndrejovCzech Republic

Many problems in physics are inherently of multi-scale nature. The issues of MHD turbulence or magnetic reconnection, namely in the hot and sparse, almost collision-less astrophysical plasmas, can stand as clear examples. The Finite Element Method (FEM) with adaptive gridding appears to be the appropriate numerical implementation for handling the broad range of scales contained in such high Lundquist-number MHD problems. In spite the FEM is now routinely used in engineering practice in solid-state and fluid dynamics, its usage for MHD simulations has recently only begun and only few implementations exist so far. In this paper we present our MHD solver based on the Least-Square FEM (LSFEM) formulation. We describe the transformation of the MHD equations into form required for finding the LSFEM functional and some practical issues in implementation of the method. The algorithm was tested on selected problems of ideal (non-resistive) and resistive MHD. The tests show the usability of LSFEM for solving MHD equations.

关键词： Magnetohydrodynamics (MHD) Least-Squares Finite Element Method Adaptive Mesh Refinement Magnetic Reconnection Solar Eruptions MHD Turbulence

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