水动力学方法模拟水平旋转三维液态氦4中的多个旋转涡旋

本文报告了对旋转液态氦4的三维（3D）仿真，使用具有自旋角动量守恒的两流体模型。我们从具有残余粘性的无粘性流体的粒子近似法中推导出该模型。尽管完全是经典力学图景，所得系统方程仍与传统两流体模型的方程一致。我们将液态氦4视为无粘性流体，假设粘性流体成分在有限温度下存在。随着温度降低，粘性流体成分的数量降低，最终在绝对零度下成为完全无粘性流体。假设存在弱可压缩性，以表达体积变化，因为一些氦原子不构成流体或因局部热激发而改变状态。可以使用显式SPH（光滑粒子流体力学）求解不可压缩流体的控制方程，同时再现密度波动并描述众多粒子系统中的流体。我们假设以下流体-粒子二元性：在无粘性和粘性成分之间存在水动力学界面张力或两种类型流体粒子之间的局部相互作用力。前者在非均匀性显著时发生于受强制二维旋转的水平方向上产生，而后者在前者可忽略时不可忽略。我们使用32个GPU进行了大规模仿真，模拟3D液态氦在水平旋转中受到强制。与使用240万颗粒的低分辨率计算相比，使用1960万颗粒的高分辨率计算显示接近理论解的旋转涡旋。我们获得了为批量液态氦4建立实际仿真方法的有前景的道路。