高功率微波器件三维圆柱坐标共形栅格生成技术

　　作者：

　　张磊 ,翁明, 王玥,蒋明

　　摘要

　　基于面向对象的C++语言，开发了三维圆柱坐标共形网格生成程序。利用束场相互作用(BFI)器件离散化的共形网格生成方法，为Particle-in-Cell仿真算法提供线单元和面单元积分。通过定义三维圆柱坐标网格体系的基本要素，包括网格步长、网格索引、守护网格层和边界框，可以将模型的空间信息转换为数值计算所需的圆柱坐标网格信息。轴向网格单元应进行特殊处理，以保持轴向网格与非轴网格之间粒子单元算法的一致性。通过光线追踪算法获得模型地下和模型边缘的离散边界点。同时，通过拓扑关系得到模型的顶点。记录两类边界点和模型顶点的拓扑信息和圆柱坐标网格信息，然后将基本网格单元与边界点信息耦合，最后在离散网格系统中重构模型。以相对论磁控管为例，利用本文提出的共形栅格生成技术对模型进行离散化，可以识别出磁控管的透明阴极、阳极和谐振腔结构。

　　关键词： 细胞内粒子， 三维圆柱坐标系， 网格生成， 光线追踪， 共形技术