迎风积分方法在平面平行霍尔磁流体力学中的应用
天体物理仪器与方法
2022-02-07 v1 高能天体物理现象
摘要
我们研究了迎风格式对中子星壳层中霍尔与欧姆效应模拟数值收敛性的影响。尽管这些效应的模拟已探索了多种几何结构与广泛的物理参数范围,但它们受限于相对较低的霍尔参数值(起到磁雷诺数作用),为获得数值收敛该值不应超出数百。我们研究了平面平行笛卡尔几何中磁场的演化。我们使用有限差分格式离散化感应方程,然后通过欧拉前向方法进行积分。对方程中出现的平流项积分采用两种不同方法:时间前向空间中心(FTCS)与迎风格式。我们从精度与性能方面对二者进行比较。我们根据平面场与垂直场之比以及霍尔参数探讨迎风方法对收敛性的影响。在弱平面场极限下,使用迎风格式带来巨大改进,使霍尔参数比 FTCS 高两个数量级时模拟仍能收敛。若平面场较强,迎风仍更优,但所达霍尔参数最大值之差在 10 倍或数倍以内。此外,我们注意到若格式发散,其行为截然不同:FTCS 产生无穷能量,而迎风格式仅暂时增加总体磁场能量。总体而言,迎风格式提升了模拟效率,使得探索更高电导率环境成为可能,从而让我们比以往更接近磁星的逼真环境条件。
引用
@article{arxiv.2202.01822,
title = {Application of an Upwind Integration Method to Plane Parallel Hall-MHD},
author = {Georgios Chouliaras and K. N Gourgouliatos},
journal= {arXiv preprint arXiv:2202.01822},
year = {2022}
}