一阶黏性相对论流体力学方程的守恒有限体积格式
广义相对论与量子宇宙学
2022-06-15 v3 高能天体物理现象
核理论
计算物理
摘要
我们提出了首个针对 Bemfica、Disconzi、Noronha 与 Kovtun (BDNK) 所发展的因果、稳定相对论 Navier-Stokes 方程的守恒有限体积数值格式。BDNK 理论作为将熵产生效应(黏性、热传导)纳入相对论流体模型的一种有前景的手段,近来崭露头角,并作为成功用于夸克-胶子等离子体建模的所谓 M"uller-Israel-Stewart (MIS) 理论的可能替代方案而出现。二者的主要区别在于偏微分方程系统的结构:BDNK 理论仅含一组守恒律,而 MIS 还包含其耗散自由度的演化方程。BDNK 偏微分方程在此方面的更简单结构使得在完全一般性下对稳定性、因果性与双曲性的严格证明成为可能,而这对 MIS 而言迄今仍无法实现。为利用这些优势,我们提出了首个适用于物理应用的 BDNK 方程全守恒多维流体求解器。该格式包含通量守恒离散、非振荡重构以及中心迎风数值通量,并设计为在无黏极限下平滑过渡至高分辨率捕捉激波的理想流体求解器。我们通过在平直时空中共形流体的一系列测试评估了新方法的鲁棒性,并与 Pandya & Pretorius (2021) 的先前方法进行了详细比较。
引用
@article{arxiv.2201.12317,
title = {Conservative finite volume scheme for first-order viscous relativistic hydrodynamics},
author = {Alex Pandya and Elias R. Most and Frans Pretorius},
journal= {arXiv preprint arXiv:2201.12317},
year = {2022}
}
备注
24 pages, 9 figures; updated to match published version