利用新拉格朗日方法增强巨碰撞模拟中的混合
地球与行星天体物理
2019-03-20 v5
摘要
巨碰撞（GIs）在行星形成的晚期阶段十分常见。光滑粒子流体动力学（SPH）方法被广泛用于模拟此类剧烈碰撞的结果，一个著名的例子是月球的形成。然而，计算天体物理各领域长达十年的数值研究表明，标准 SPH 公式存在若干缺陷，例如人工表面张力及其倾向于在远大于物理耗散尺度的尺度上迅速抑制湍流运动，这两者都导致混合被抑制。为了量化在模拟巨碰撞时这些局限性的严重程度，我们使用标准 SPH 以及 GIZMO 代码中的新型拉格朗日无网格有限质量（MFM）方法，对具有相同初始条件的模拟进行了比较。我们确认当采用 SPH 时，撞击体与目标体之间缺乏混合，而 MFM 能够驱动强烈的亚声速湍流并导致两体之间显著混合。具有人工传导性、不同流体力学力公式或降低人工黏度的现代 SPH 变体，并未显著改善混合。两种方法对角动量的守恒程度相似，但 MFM 不受人工黏度引起的伪输运影响，导致原月球盘的角动量略高。此外，SPH 初始条件在核幔边界处表现出非物理的密度不连续，而这在 MFM 中很容易消除。
引用
@article{arxiv.1711.04589,
title = {Enhanced mixing in giant impact simulations with a new Lagrangian method},
author = {Hongping Deng and Christian Reinhardt and Federico Benitez and Lucio Mayer and Joachim Stadel},
journal= {arXiv preprint arXiv:1711.04589},
year = {2019}
}
备注
7 pages 5 figures