用于天体物理的高阶磁流体力学自适应网格细化间断伽辽金格式
天体物理仪器与方法
2019-02-08 v2 计算物理
摘要
现代天体物理模拟旨在精确建模日益增多的物理过程，包括流体与磁场的相互作用，同时需满足由当前计算架构趋势驱动的日益严苛的性能与可扩展性要求。间断伽辽金（DG）方法近期在天体物理中获得了一定关注，因为其具有任意高阶和可控的数值扩散，并具备高性能计算的诱人特性。本文描述并测试了我们在 AREPO-DG 代码中实现的理想磁流体力学（MHD）间断伽辽金格式。我们的 DG-MHD 格式依赖于在基于欧拉八叉树 AMR 网格单元内对解进行 Legendre 多项式模态展开。磁场的无散度约束采用两种不同的格心方案之一来强制执行：基于非守恒源项的 Powell 型方案，或双曲散度清理方法。Powell 方案依赖于每个单元内局部无散度矢量多项式基来表示磁场。实现了限制器设置以确保非振荡和正定的解。我们证明所得格式准确且稳健：可实现高阶和低数值扩散，并能准确捕捉强 MHD 激波。此外，我们表明该格式在天体物理模拟中展现出诸多诱人特性，如较低的平流误差、在降低分辨率下更好的伽利略不变性，以及对勉强分辨的流动特征的更准确捕捉。我们讨论了该实现及 DG 方法在可扩展天体物理模拟中的前景。
引用
@article{arxiv.1806.02343,
title = {High-order Magnetohydrodynamics for Astrophysics with an Adaptive Mesh Refinement Discontinuous Galerkin Scheme},
author = {Thomas Guillet and Rüdiger Pakmor and Volker Springel and Praveen Chandrashekar and Christian Klingenberg},
journal= {arXiv preprint arXiv:1806.02343},
year = {2019}
}
备注
38 pages, 29 figures, 2 tables, accepted for publication in MNRAS