使用Godunov SPH模拟Kelvin-Helmholtz不稳定性
星系天体物理
2015-05-14 v1
摘要
使用Inutsuka (2002)发展的基于粒子的方法(Godunov SPH)，对两种不同密度层中Kelvin-Helmholtz不稳定性的非线性发展进行了数值模拟。标准SPH在密度梯度处表现出不稳定性的缺失(Agertz et al. 2007)，而Godunov SPH即使在高密度对比度下也能描述Kelvin-Helmholtz不稳定性。此外还模拟了致密团块与热环境介质之间的相互作用。Godunov SPH描述了由Rayleigh-Taylor、Richtmyer-Meshkov和Kelvin-Helmholtz不稳定性组合引起的指状结构的形成与演化。团块测试结果与基于网格的代码结果吻合良好。标准SPH中对密度梯度处理不准确已被指出是导致不稳定性缺失的直接原因。即使在压力平衡下，密度梯度处也会产生非物理力，将粒子推离初始密度间断处。因此，初始扰动衰减，并在间断处形成间隙。已从数值格式一致性的角度对该非物理力进行了研究。与标准SPH不同，Godunov SPH的动量方程未使用粒子近似，而是由核卷积或新拉格朗日函数推导而来。Godunov SPH中使用的新拉格朗日函数更类似于连续介质的真实拉格朗日函数。Godunov SPH的动量方程具有更好的线性一致性，因此与标准SPH相比，在高密度对比度下非物理力被大大降低。
引用
@article{arxiv.0912.1996,
title = {Kelvin-Helmholtz instabilities with Godunov SPH},
author = {Seung-Hoon Cha and Shu-ichiro Inutsuka and Sergei Nayakshin},
journal= {arXiv preprint arXiv:0912.1996},
year = {2015}
}
备注
11 pages, 7 figures, Accepted for publication in MNRAS