恒星对流层及其边界处的动力学：五种3D流体动力学代码的比较

我们预测恒星结构与演化的能力部分受诸如对流边界混合等复杂3D流体动力学过程所限制。流体动力学模拟帮助我们理解恒星对流与对流边界的动力学。然而，用于计算此类模拟的代码通常仅在极简单问题上测试，其对湍流的预测之可靠性与可重复性并不明确。我们定义了一个涉及平面平行盒中湍流对流的问题，其导致来自稳定分层层的物质夹带及内波生成。我们比较了FLASH、MUSIC、PPMSTAR、PROMPI和SLH这些广泛用于恒星内部流体动力学问题研究的代码的输出。对流由适配模拟盒的最大尺度主导。所有速度分量、涨落振幅及焓与动能通量的时间平均剖面均在给定网格（$128^3$与$256^3$网格单元）上所有模拟均值之$\lesssim 3\sigma$内，其中$\sigma$描述由流的时间依赖性引起的统计涨落。它们也与$512^3$参考运行吻合良好。$128^3$与$256^3$模拟在夹带进入对流层的总质量上分别一致在$9\%$与$4\%$内。夹带率似乎由我们设置中可转化为功的能量总量决定，边界层中小尺度流的细节似乎基本无关。我们的结果赋予了恒星内部流流体动力学模拟以可信度。我们以电子形式提供我们模拟的所有输出以及重现或扩展本研究所需的所有信息。