LINUX.ORG.RU

[montecarlo]моделирование столкновений односортных частиц — проблемы с максвеллизацией


0

1

есть некоторый маленький объём, заполненный односортными частицами, в пределах объёма плотность считается постоянной. требуется расчитать диффузию в пространстве скоростей.

во время расчёта идёт итеративный процесс, с шагом по времени dt, характерное время между столкновениями dt_{st}. на каждой итерации по заданной вероятности парных столкновений разыгрывается столкнулась ли частица или нет. после этого номера столкнувшихся частиц объединяются в пары и рассчитываются сами столкновения — считаем, что энергия распределяется равновероятно между частицами, а углы отклонения определяются из законов сохранения.

проблема — если шаг моделирования сравним со временем столкновений, то очень быстро функция распределения частиц по энергиям приобретает максвелловскую форму (http://ompldr.org/vZDFiMA/screen-maxwell.png, по x — энергия, по y — кол-во частиц), но в реальной задаче шаг моделирования много меньше шага столкновений (т.е. столкновения редки) и при моделировании с тем же _полным_ временем вместо максвелловского распределения получается что то вроде гаммараспределения http://ompldr.org/vZDFiMQ/screen-nomaxwell.png (но средняя энергия и импульс системы нормально сохраняются)

в чём здесь ошибка?

★★★★★

Последнее исправление: thunar (всего исправлений: 1)

Второе тоже максвелл, но c меньшей температурой?

Я думаю, что нельзя равновероятно распределять энергию. Надо честно, брать случайный прицельный параметр (с правильным распределением), случайно повернутую плоскость в которой лежат траектории, и тогда все наверное должно получиться.

AIv ★★★★★
()

а чем первое распределение отличается от второго?

И они оба не нормальны.

anonymous
()
Ответ на: комментарий от AIv

нет, температуры в обеих одинаковы. даже полное число столкновений одинаково — отличаются они только тем в какой последовательности произошли столкновения — почти все сразу или понемногу, медленно.

thunar ★★★★★
() автор топика

Я бы попросил показать код, но, боюсь, программа у вас на фортране.

anonymous
()

И кстати да, с чего вы взяли, что это ошибка. Оба распределения выглядят похоже. При времени интегрирования сравнинимом с временем свободного пробега алгоритм расчитывает совсем механику какого-то другого процесса.

anonymous
()
Ответ на: комментарий от thunar

Среднюю энергию, или среднюю кинетическую энергию, или второй центрированный момент по скорости (правильный ответ - последний;-))?

AIv ★★★★★
()
Ответ на: комментарий от thunar

Ну, это конечно не всегда правильно. Скажем для пучка это совсем НЕ правильно;-)

И неправильно делить энергию поровну при столкновениях.

А какие там еще процессы кроме столкновений?

AIv ★★★★★
()
Ответ на: комментарий от thunar

нет, температуры в обеих одинаковы. даже полное число столкновений одинаково — отличаются они только тем в какой последовательности произошли столкновения — почти все сразу или понемногу, медленно.

ну так в этом и дело, очевидно. Когда столкновения происходят сразу, у каждой частицы меньше вероятных партнёров для столкновения, просто потому что часть частиц уже задействована в других столкновениях. Для пущей реалистичности нужно использовать соотношение <время свободного пробега>/<время столкновения> и делать рандомную выборку, тогда при любом кванте должен одинаковый результат быть.

Есть и много других причин отличий. Например при меньшем кванте времени за одно и то же время каждая частица будет испытывать большее количество столкновений и менять траекторию большее число раз.

возьми громакс, чтоли

a671b25
()
Ответ на: комментарий от a671b25

Максвелл и в Африке Максвелл. Если равновесие установилось (а оно устанавливается после некоторого числа столкновений), и система консервативна, то распределения должны совпадать.

AIv ★★★★★
()
Ответ на: комментарий от thunar

оно _не_нормально_

тебе там ещё пишут что-то про неравнораспределение — не слушай, в равновесии действует теорема о равнораспределении.

anonymous
()
Ответ на: комментарий от anonymous

Там во первых не очень понятно что по осям. Во вторых, там и не должно быть _нормального_ распределения, внезапно (поскольку область определения кин. энергии от нуля до бесконечности;-)).

AIv ★★★★★
()
Ответ на: комментарий от AIv

здесь только столкновения. движение, поля всё отключил. вечерком или завтра сутра скину в псевдокоде. похоже, именно какая то статистическая ошибка.

И неправильно делить энергию поровну при столкновениях.

поясни, потому что на первый взгляд кажется, что использование прицельного параметра даст занижение результата — частицы же сталкиваютсяч друг с другом, а не с фоном, т.е. имеют относительные скорости.

поэтому разбиваем их на пары, переходим в подвижную систему отсчёта и в ней уже сталкиваем. а прицельный параметр имеет смысл только для первой частицы, а как быть с её партнёром по столкновению? да и в конце концов односортные частицы могут столкнуться просто как бильярдные шары, с полной передачей импульса (прицельный параметр равен нулю) — а итоговый результат будет тот же, как если они вообще не задели друг друга.

thunar ★★★★★
() автор топика
Ответ на: комментарий от thunar

поясни, потому что на первый взгляд кажется, что использование прицельного параметра даст занижение результата

Использование прицельного параметра даст ПРАВИЛЬНЫЙ результат. В отличии от. Под прицельным параметром понимается расстояние между линиями по которым частицы движутся вначале в системе ц.м.

да и в конце концов односортные частицы могут столкнуться просто как бильярдные шары, с полной передачей импульса (прицельный параметр равен нулю) — а итоговый результат будет тот же, как если они вообще не задели друг друга.

Ну сам себе привел пример же. Распределение после такого столкновения будет явно отличаться от того, что у тебя сейчас;-)

AIv ★★★★★
()
Ответ на: комментарий от thunar

Ну да, я тебе про это и говорю. Именно поэтому системы с разным квантом времени неэквивалентны, потому что для каждой отдельно взятой частицы вероятность претерпеть N столкновений за всё время моделирования будет отличаться.

a671b25
()
Ответ на: комментарий от a671b25

Системы то неэквиваленты, но равновесное распределение вообще про число столкновений ничего не знает, и если уж оно установилось...

AIv ★★★★★
()
Ответ на: комментарий от AIv

Ну да. В системах с разными параметрами будет устанавливаться разное равновесное распределение. Если я правильно всё понял, ТС про это и спрашивал, почему оно разное.

a671b25
()
Ответ на: комментарий от a671b25

Да, об этом речь. В консервативной системе есть единственный параметр влияющий на распределение - начальная энергия.

AIv ★★★★★
()
Ответ на: комментарий от AIv

Если есть одна и та же система с разной начальной энергией. А у ТСа при смене кванта делается другая система, с другими физическими законами, которым она подчиняется.

a671b25
()
Ответ на: комментарий от a671b25

Правильная система с любым «квантом времени» релаксирует к Максвеллу, от кванта зависит только скорость релаксации.

AIv ★★★★★
()
Ответ на: комментарий от AIv

Ты уверен, что никакая система не может подчиняться какому-нибудь другому распределению? Я удивлён. Однозначно в модераторы.

a671b25
()
Ответ на: комментарий от a671b25

Не надо удивляться. Есть разные равновесные распределения, но в задаче решаемой ТС-ом ДОЛЖЕН получаться именно Максвелл (если все правильно делать).

AIv ★★★★★
()
Ответ на: комментарий от AIv

ага,так тут получается, что разыгрывать столкновения надо не в зависимости от длины свободного пробега, а в зависимости от частоты соударений. в противном случае медленные частицы будут соударяться намного реже чем быстрые, а на деле наоборот и даже неподвижная частица может «соударитсья» с быстрой.

thunar ★★★★★
() автор топика
Ответ на: комментарий от thunar

и скорость тогда надо использовать относительную

thunar ★★★★★
() автор топика
Ответ на: комментарий от AIv

ну вообщем проблема в правильном расчёте вероятности соударения. таки попробую сделать проверку — если скорость выше средней тепловой, делаю анализ свободного пробега как l=\frac{1}{n \sigma}, а для медленных как l\frac{<v>}{v}

thunar ★★★★★
() автор топика
Ответ на: комментарий от thunar

Вообще то надо взять какой нить учебник статфизики и посмотреть про уравнение Больцмана;-)

AIv ★★★★★
()
Вы не можете добавлять комментарии в эту тему. Тема перемещена в архив.