Tokamak free-boundary plasma equilibrium computation using finite elements of class C0 and C1 within a mortar element approach - Archive ouverte HAL Access content directly
Journal Articles Journal of Computational Physics Year : 2021

Tokamak free-boundary plasma equilibrium computation using finite elements of class C0 and C1 within a mortar element approach

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Abstract

The numerical simulation of the equilibrium of the plasma in a tokamak as well as its self-consistent coupling with resistive diffusion should benefit from higher regularity of the approximation of the magnetic flux map. In this work, we propose a finite element approach on a triangular mesh of the poloidal section, that couples piece-wise linear finite elements in a region that does not contain the plasma and reduced Hsieh-Clough-Tocher finite elements elsewhere. This approach gives the flexibility to achieve easily and at low cost higher order regularity for the approximation of the flux function in the domain covered by the plasma, while preserving accurate meshing of the geometric details in the rest of the computational domain. The continuity of the numerical solution at the coupling interface is weakly enforced by mortar projection. A new technique for the computation of the geometrical coefficients is also presented.
La simulation numérique de l'équilibre du plasma dans un tokamak et du couplage avec la diffusion resistive devrait bénéficier d'une plus grande régularité de l'approximation du flux magnétique. Dans ce travail nous proposons une approche par éléments finis sur un maillage triangulaire de la section poloidale, couplant éléments finis linéaires par morceaux dans une région ne contenant pas le plasma et éléments finis de Hsieh-Clough-Tocher réduits ailleurs. Cette approche permet facilement d'obtenir une régularité d'ordre élevé de l'approximation de la fonction flux dans le domaine couvert par le plasma, tout en préservant un maillage précis des structures géométriques dans le reste du domaine. La continuité de la solution numérique à l'interface de couplage est imposée de manière faible par projection de mortar. Une nouvelle méthode pour le calcul des coefficients géométriques du plasma est également présentée
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Dates and versions

hal-02955007 , version 1 (01-10-2020)

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Cite

Ali Elarif, Blaise Faugeras, Francesca Rapetti. Tokamak free-boundary plasma equilibrium computation using finite elements of class C0 and C1 within a mortar element approach. Journal of Computational Physics, 2021, 439, pp.110388. ⟨10.1016/j.jcp.2021.110388⟩. ⟨hal-02955007⟩
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