大质量星对流氦壳层燃烧的 multidimensional 低马赫数时间隐式流体动力学模拟

背景。恒星内部对流的多维流体动力学模拟在数值上颇具挑战，尤其是对于低马赫数流动。方法。我们探索使用低马赫数流体动力学通量求解器的优势，并展示其在天体物理背景下模拟的可用性。采用时间隐式Seven-League Hydro (SLH) 代码，基于25 M$_\odot$恒星模型对对流氦壳层燃烧进行多维模拟。将低马赫数AUSM$^{+}$-up求解器所得结果与使用其非低马赫数变体AUSM$_\mathrm{B}^{+}$-up的结果进行比较。我们对引力源项施加良平衡以维护初始流体静力背景分层。计算网格分辨率从$180 \times 90^2$到$810 \times 540^2$网格单元不等，核能量释放分别增强$3 \times 10^3$、$1 \times 10^4$和$3 \times 10^4$倍以研究结果对这些参数的依赖。结果。增强的能量输入导致马赫数在$10^{-2}$至$10^{-3}$范围内的对流。标准混合长理论 (MLT) 预测若不增强则对流速度约为$1.6 \times 10^{-4}$。使用AUSM$^{+}$-up的模拟在动能谱中显示出类柯尔莫哥洛夫惯性区，相较于非低马赫数变体进一步向更小尺度延伸。AUSM$^{+}$-up求解器的动能耗散在比AUSM$^{+}_{\mathrm{B}}$-up更低的分辨率下即已收敛。在对流区边界提取的夹带率由体理查森夹带定律很好地描述，相应拟合参数与已发表的碳壳层燃烧结果一致。