多流体气-尘力学的通用隐式Runge-Kutta积分器
天体物理仪器与方法
2025-11-12 v1 星系天体物理
太阳与恒星天体物理
流体动力学
摘要
气动阻力的积分是模拟尘埃动力学中的关键步骤。我们提出了一种新型积分方案，旨在与Strang分裂技术兼容，允许在通用水动力学模拟代码中 straightforward 地积分外部力和水动力学通量。此外，该求解器利用阻力加速度的解析解，确保即使在存在多个尘粒尺寸的情况下仍保持线性复杂度，与需要矩阵求解步骤的方法相比其复杂度为三次。我们评估了该新的通用隐式Runge-Kutta积分器(GIRK)使用标准尘埃动力学基准进行测试，包括DUSTYBOX、DUSTYWAVE和DUSTYSHOCK。结果不仅显示该方法的准确性，也显示了准确性、收敛到平衡以及执行时间方面的预期比例。GIRK可以轻松地在水动力学模拟步骤和外部力一起实现，尤其适用于包含大量尘粒尺寸的情形。
引用
@article{arxiv.2511.07562,
title = {General Implicit Runge-Kutta Integrators for Multifluid Gas-Dust Aerodynamic Drag},
author = {Giovanni Tedeschi-Prades and Til Birnstiel and Klaus Dolag and Barbara Ercolano and Mark Hutchison},
journal= {arXiv preprint arXiv:2511.07562},
year = {2025}
}
备注
Accepted for publication in The Astrophysical Journal. 13 pages, 8 figures