模拟工具包 A-MaZe 的良态格式:实现、测试及其在恒星结构中的首次应用

在多维度下刻画恒星对流是恒星天体物理前沿的课题。数值模拟是此项任务的重要工具。我们呈现现有数值工具包 A-MaZe 的扩展,其使得此类在引力场中分层流的模拟成为可能。A-MaZe 基于有限体积、单元中心且时间显式的流体动力学求解器被扩展,使得该格式现在在动量与能量上均为良态。该算法以机器精度维持重力与压力之间初始的静态平衡。在板几何中的准稳态对流尽管存在强烈的局部上升与下降气流,仍平均上保持气体能量(内能加动能)。相比之下,一个更标准的数值格式被证明会在纯数值基础上短时间内导致显著的能量增益。该测试进一步用于指出维度、黏性与瑞利数对可压缩对流的作用。对覆盖部分内部辐射区及外部对流区的年轻太阳在 2D 与 3D 中的应用,表明该格式达到了其初始设计目标。与对物理上相同设置用时间隐式代码所获得结果的比较显示出定性一致。