多维恒星隐式代码 MUSIC 的基准测试

我们展示了针对多维恒星隐式代码（MUSIC，MUlti-dimensional Stellar Implicit Code）的数值基准测试结果，该测试基于与恒星内部相关的广泛适用的二维和三维可压缩流体动力学问题。MUSIC 是一种隐式大涡模拟代码，使用隐式时间积分，实现为无雅可比牛顿-克雷洛夫（Jacobian-free Newton Krylov）方法。采用一种基于物理的预处理技术来提高求解器性能，该技术可调整以针对不同的物理过程。用于此基准研究的问题包括 Rayleigh-Taylor 和 Kelvin-Helmholtz 不稳定性，以及 Taylor-Green 涡的衰减。此外，我们展示了在以辐射效应为主的恒星环境中的流体静力平衡测试。在此设定下，展示了预处理技术的灵活性。本工作旨在弥合数值方法开发期间通常使用的流体动力学测试问题与恒星内部复杂流动之间的差距。我们进行了一系列多维测试并进行分析。每个测试案例均通过简单的标量诊断进行分析，以实现直接的代码比较。由于所执行的测试没有解析解，我们通过与包括 ATHENA 和 PENCIL 代码在内的成熟代码比较来验证 MUSIC。MUSIC 既能复现成熟且广泛使用的代码的行为，也能复现理论预测预期的结果。该基准研究总结了描述 MUSIC 代码开发的一系列论文，并为未来的应用提供了信心。