GAMERA-OP: 用于正交曲线几何的三维有限体积MHD求解器
天体物理仪器与方法
2026-02-16 v1 地球与行星天体物理
摘要
我们提出了GAMERA-OP(正交扩展),一个用于正交曲线几何的三维有限体积磁流体动力学(MHD)求解器。该求解器使用约束输运来推进磁场,以保持达到机器精度,并采用几何一致的高阶重构,以及考虑了几何曲率的增强型部分施主单元方法(e-PDM)。灵活的数值方案包括各种数值通量和时间积分器。在轴对称坐标中,角动量保持到舍入误差,并且轴附近的环平均处理放宽了CFL约束,同时保持磁场无散。可选功能包括半相对论(Boris)修正、背景场分裂和各向异性MHD公式。该代码用C语言重写,采用模块化设计,简化了案例设置,并便于添加物理模块以及与其他第一性原理代码耦合。跨多种几何形状的标准基准测试验证了代码的高精度、低数值扩散以及对坐标奇异性和旋转流的稳健处理。GAMERA-OP为正交曲线坐标和精确角动量守恒具有优势的空间和天体物理等离子体应用提供了一个实用的高阶框架。
引用
@article{arxiv.2602.12307,
title = {GAMERA-OP: A three-dimensional finite-volume MHD solver for orthogonal curvilinear geometries},
author = {Hongyang Luo and Binzheng Zhang and Jiaxing Tian and Jinshu Cai and Junjie Chen and Enhao Feng and Zhiqi Zheng and Sheng Xi and John G. Lyon},
journal= {arXiv preprint arXiv:2602.12307},
year = {2026}
}