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Implicitly extrapolated geometric multigrid on disk-like domains for the gyrokinetic Poisson equation from fusion plasma applications

Kühn, Martin Joachim und Kruse, Carola und Rüde, Ulrich (2020) Implicitly extrapolated geometric multigrid on disk-like domains for the gyrokinetic Poisson equation from fusion plasma applications. In: Sparse Days 2020. Sparse Days 2020, 2020, Toulouse, France. (nicht veröffentlicht)

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Kurzfassung

In the context of Tokamak fusion plasma, the gyrokinetic Poisson equation has to be solved on disk-like domains which correspond to the poloidal cross-section of the Tokamak geometry. In its simpliest form, this cross section takes a circular form but deformed geometries were found to be advantageous and are more realistic. We propose a taylored solver for the gyrokinetic Poisson equation on disklike geometries described by curvilinear coordinates. Our solver also copes with an anisotropic, locally refined mesh to model the edge part of the Tokamak and a rapidly dropping density profile. Multigrid methods can achieve optimal complexity for many problems and are among the most efficient solvers for elliptic model problems. Multigrid methods for geometries described by curvilinear coordinates are however less common. We present a taylored geometric multigrid algorithm using optimized line smoothers to enable parallel scalability. We propose an implicit extrapolation scheme for our algorithm to increase the order of convergence by using nonstandard numerical integration rules for P1 finite elements. We also use problem-specific finite differences, which numerically show the same order of convergence as their finite elements' counterpart, enabling a matrix-free implementation with a low memory footprint.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/138678/
Dokumentart:Konferenzbeitrag (Vortrag)
Titel:Implicitly extrapolated geometric multigrid on disk-like domains for the gyrokinetic Poisson equation from fusion plasma applications
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Kühn, Martin JoachimMartin.Kuehn (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-0906-6984NICHT SPEZIFIZIERT
Kruse, CarolaParallel Algorithms Team, CERFACS (Centre Européen de Recherche et de Formation Avancée en Calcul Scientifique), 42 Avenue Gaspard Coriolis, 31057 Toulouse Cedex 01, Francehttps://orcid.org/0000-0002-4142-7356NICHT SPEZIFIZIERT
Rüde, UlrichLehrstuhl für Informatik 10 (Systemsimulation), Universität Erlangen-Nürnberg, Nürnberghttps://orcid.org/0000-0001-8796-8599NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:November 2020
Erschienen in:Sparse Days 2020
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Nein
In ISI Web of Science:Nein
Status:nicht veröffentlicht
Stichwörter:fusion plasma, disk-like, cross section, multigrid, extrapolation
Veranstaltungstitel:Sparse Days 2020
Veranstaltungsort:Toulouse, France
Veranstaltungsart:internationale Konferenz
Veranstaltungsdatum:2020
Veranstalter :Cerfacs
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HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Technik für Raumfahrtsysteme
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R SY - Technik für Raumfahrtsysteme
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Standort: Köln-Porz
Institute & Einrichtungen:Institut für Softwaretechnologie
Institut für Softwaretechnologie > High-Performance Computing
Hinterlegt von: Kühn, Dr. Martin Joachim
Hinterlegt am:07 Dez 2020 09:48
Letzte Änderung:15 Okt 2024 08:38

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