一维pic模拟fortran代码
时间: 2023-07-09 20:16:08 浏览: 78
以下是一个简单的一维PIC模拟的Fortran代码示例:
```
program pic_simulation
implicit none
integer, parameter :: nx=100 ! 离散网格数
real, parameter :: dx=0.1 ! 离散网格间距
real, parameter :: dt=0.1 ! 时间步长
integer :: i,j,nsteps ! 循环变量和时间步数
real :: x(nx),rho(nx),phi(nx),ef(nx) ! 离散化的物理量
real :: q,m ! 粒子电荷和质量
integer :: nparticles ! 粒子数
real, dimension(:), allocatable :: x_particle,v_particle ! 粒子位置和速度
integer :: i_particle ! 粒子循环变量
real :: efield(nx),bfield(nx) ! 电场和磁场
real :: x_particle_left,x_particle_right ! 粒子所在网格左右两端位置
real :: x_particle_fraction ! 粒子所在网格占据比例
real :: q_particle ! 粒子电荷
! 初始化离散化的物理量
do i=1,nx
x(i) = (i-1)*dx
rho(i) = 0.0
phi(i) = 0.0
ef(i) = 0.0
efield(i) = 0.0
bfield(i) = 0.0
end do
! 初始化粒子位置和速度
nparticles = 100
allocate(x_particle(nparticles),v_particle(nparticles))
do i_particle=1,nparticles
x_particle(i_particle) = (i_particle-0.5)*dx
v_particle(i_particle) = 0.0
end do
! 循环模拟时间
nsteps = 100
do j=1,nsteps
! 计算电荷密度
do i_particle=1,nparticles
x_particle_left = (x_particle(i_particle)-0.5*dx)/dx
x_particle_right = (x_particle(i_particle)+0.5*dx)/dx
x_particle_fraction = x_particle_right - x_particle_left
q_particle = q*x_particle_fraction
rho(ceil(x_particle_left)) = rho(ceil(x_particle_left))+q_particle
rho(floor(x_particle_right)) = rho(floor(x_particle_right))+q_particle
end do
! 计算电势
phi(1) = 0.0
do i=2,nx
phi(i) = phi(i) + (rho(i)-rho(i-1))*dx
end do
! 计算电场
do i=2,nx-1
ef(i) = -(phi(i+1)-phi(i-1))/(2.0*dx)
end do
! 计算粒子运动
do i_particle=1,nparticles
x_particle_left = (x_particle(i_particle)-0.5*dx)/dx
x_particle_right = (x_particle(i_particle)+0.5*dx)/dx
x_particle_fraction = x_particle_right - x_particle_left
q_particle = q*x_particle_fraction
v_particle(i_particle) = v_particle(i_particle) + q_particle*ef(ceil(x_particle_left))/m*dt
x_particle(i_particle) = x_particle(i_particle) + v_particle(i_particle)*dt
end do
end do
end program pic_simulation
```
这个代码模拟了在一维空间中移动的粒子受到电场力的影响。在每个时间步长中,粒子的位置和速度被更新,同时计算出电荷密度、电势和电场。这个程序只是一个简单的示例,实际应用中还需要考虑更多的物理因素和精细的算法。