报告题日：PIFE-PIC: Parallel Immersed-Finite-Element Particle-in-Cell for 3-D kinetic simulations of plasma-material interactions

报 告 人：何晓明（美国密苏里科技大学）

报告时间：2024年12月10日  11:00-13:00

报告地点：腾讯会议（612-158-025）

报告摘要：

In this presentation, we present a recently developed particle simulation too PIFE-PIC, which is a novel three-dimensional (3-D) Parallel Immersed-Finite-Element (IFE) Particle-in-Cell (PIC) simulation model for particle simulations of plasma-material interactions. This framework is based on the recently develoned nonhomogeneous electrostatic IFE-PIC method, which is designed to handle complex plasma-material interface conditions associated with irregular geometries using a Cartesian-mesh-based PlC. Three-dimensional domain decomposition is utilized for both the electrostatic field solver with IFE and the particle operations in PIC to distribute the computation among multiple processors. A simulation of the orbital-motion-limited (OML) sheath of a dielectric sphere immersed in a stationary plasma is carried out to validate PIFE-PIC and profile the parallel performance of the code package. Parallel efficiency up to approximately 110 superlinear speedup was achieved for strong scaling test. Furthermore, a large-scale simulation of plasma charging at a lunar crater containing 2 million PIC cells (10 million FE/IFE cells) and about 1 billion particles, running for 20,000 PIC steps in about 154 wall-clock hours, is presented to demonstrate the high-performance computing capability of PIFE-PIC.

报告人简介：

何晓明，美国密苏里科技大学教授。2002年与2005年在四川大学数学学院分别获学士与硕士学位，2009年在弗吉尼亚理工大学数学系获博士学位，2009年至2010年在佛罗里达州立大学作博士后。2010年至2016年在美国密苏里科学技术大学任助理教授，2016年晋升为副教授并获终身教职，2021年晋升为正教授。2018年获得Humboldt Research Fellowship for Experienced Researchers。担任计算数学领域国际期刊International Journal of Numerical Analysis & Modeling的Managing editor。从2012年起主持了多项由美国国家科学基金会和美国能源部资助的科研项目。2014-2016年担任SIAM美国中部分会的第一任主席和前两届年会的组织委员会主席。2019年起担任Midwest Numerical Analysis Day的组织委员成员。2021年1月起担任SIAM Committee on Programs and Conferences成员。2021年7月起担任密苏里科技大学Vice Chancellor of Research and Innovation办公室的Faculty Fellow。何晓明教授主要的研究领域是计算科学与工程。研究问题主要包括界面问题，计算流体力学，计算电磁学，有限元方法，各类解算法，数据同化，随机偏微分方程，控制问题等。他将计算数学与实际工程应用问题结合起来，在科学计算和应用领域做了大量的工作，在国际知名杂志发表论文100余篇。