Verificazione degli operatori differenziali tridimensionali implementati in GBS per simulazioni RFP

Plasma turbulence in the boundary of magnetic confinement fusion devices is typically studied by means of complex three-dimensional two-fluid simulations, where fluid quantities, such as the plasma density, the electron and ion temperatures, the electron and ion parallel velocities, are evolved self-consistently with the electromagnetic field. The GBS code is a state-of-art turbulence code that has been extensively used for more than ten years to investigate boundary turbulence in tokamaks and stellarators. Recently, GBS was extended to simulate reversed field pinch (RFP) configurations, with the aim of investigating plasma turbulence in the boundary of RFX-mod2 (Consorzio RFX, Padua). This extension required the implementation in GBS of new differential operators. In this project, the student will apply the method of manufactured solutions (MMS) to verify the correct implementation of these new differential operators. The MMS consists in adding “ad-hoc” sources in the model equations to drive the system to a prescribed solution. The system is verified if the difference between the numerical and the prescribed solution scales with the order of accuracy of the numerical scheme used to discretized the operators.

La turbolenza del plasma al bordo dei dispositivi di fusione a confinamento magnetico viene tipicamente studiata mediante complesse simulazioni tridimensionali a due fluidi, in cui grandezze del fluido, come la densità del plasma, le temperature degli elettroni e degli ioni, le velocità parallele degli elettroni e degli ioni, evolvono in modo autoconsistente con il campo elettromagnetico. Il codice GBS è un codice di turbolenza all'avanguardia che è stato ampiamente utilizzato per più di dieci anni per studiare la turbolenza di confine nei tokamak e negli stellarator. Recentemente, GBS è stato esteso per simulare configurazioni di reverse field pinch (RFP), con l'obiettivo di indagare turbolenza del plasma al confine di RFX-mod2 (Consorzio RFX, Padova). Questa estensione richiedeva il implementazione in GBS di nuovi operatori differenziali. In questo progetto, lo studente applicherà il method of manifactured solutions (MMS) per verificarne la corretta implementazione di questi nuovi operatori differenziali. L'MMS consiste nell'aggiungere sorgenti “ad hoc” nel file equazioni modello per portare il sistema ad una soluzione prescritta. Il sistema viene verificato se la differenza tra la scala della soluzione numerica e quella prescritta con l'ordine di accuratezza del numerico schema utilizzato per discretizzare gli operatori.