宇宙线两流体方程在激波处非唯一性问题的数值研究
高能天体物理现象
2021-02-02 v2
摘要
在天体物理流动的流体力学(HD)和磁流体力学(MHD)模拟中,宇宙线(CRs)常被建模为附加流体。标准的宇宙线两流体模型由三个守恒律(表达质量、动量和总能量的守恒)和一个附加方程(关于 CR 压强)描述,该方程无法写成令人满意的守恒形式。模型中带有空间导数的非守恒项的存在,阻碍了激波后弱解的唯一性。我们研究了一些求解两流体方程的数值方法,发现存在激波时,结果通常依赖于数值细节(空间重构、时间步进、CFL 数和所采用的离散化)。若使用子网格方案规定激波处热流体与非热流体之间的能量分配,所有方法都收敛到唯一结果。这凸显了两流体方程在激波处的非唯一性问题。从我们的数值研究中,我们报告了一种稳健的方法,即使在没有子网格方案的情况下,其解对数值细节也不敏感,尽管我们建议利用动理学理论的结果在激波处采用子网格闭合。该子网格闭合对于可靠的激波后解及其对大尺度流动的影响至关重要,因为决定 CR 加速的激波微观物理在流体近似中未被准确捕捉。文中讨论了关键测试问题、流体建模的局限性以及未来方向。
引用
@article{arxiv.1906.07200,
title = {A numerical approach to the non-uniqueness problem of cosmic ray two-fluid equations at shocks},
author = {Siddhartha Gupta and Prateek Sharma and Andrea Mignone},
journal= {arXiv preprint arXiv:1906.07200},
year = {2021}
}
备注
18 pages, 12 figures, 2 tables; MNRAS accepted version