用于磁流体动力学的移动网格非交错约束传输格式

我们提出了一种用于在移动网格上求解三维理想磁流体动力学（MHD）方程的约束传输（CT）算法，该算法将磁场的无散度条件维持在机器精度。我们的 CT 格式采用磁矢势的非结构化表示，使得数值方法简单且计算高效。该格式在移动网格代码 Arepo 中实现。我们通过驱动 MHD 湍流、磁化盘状星系以及含原初磁场的宇宙学体积的模拟，展示了该方法的性能。我们将这些实验的结果与先前实现的 Powell 散度清除格式获得的结果进行了比较。尽管 CT 和 Powell 技术在理想化测试问题中产生相似的结果，但在更能代表天体物理流动的情况下会出现一些差异。在湍流模拟中，Powell 清除格式人为地增大了平均磁场，而 CT 维持了理想 MHD 的这一守恒量。在盘状星系模拟中，CT 给出了较慢的磁场增长率，并使湍动能与磁能达到饱和平衡，而 Powell 清除格式则产生了动力学上占主导地位的磁场。在使用 CT 的自适应网格细化代码和使用散度清除的平滑粒子流体动力学代码中也观察到了这种差异。在宇宙学模拟中，两种方法给出了相似的磁场放大效果，但 Powell 表现出更多的网格级噪声。CT 方法通常比散度清除技术更准确，并且当与移动网格耦合时，可以利用自动时空自适应和减少平流误差的优势，从而实现改进的天体物理 MHD 模拟。