在移动网格上模拟冷剪切流

旋转支持的冷气体盘在天体物理学中无处不在，出现在多种系统中，如原行星盘、黑洞周围的吸积盘或大型旋涡星系。在数值模拟中精确捕捉这些系统中的气体动力学具有挑战性，原因在于气体声速相对于其整体速度较低、全盘模型的分辨率限制，以及若数值噪声未被充分抑制，容易诱发流体不稳定性的虚假增长，从而与盘中存在的真实物理不稳定性（如磁旋转不稳定性）产生负面干扰。本文在移动网格代码 AREPO 中实现了所谓的剪切盒近似，以便在较差自转盘的局部区域实现高分辨率并解决这些问题。虽然我们的新方法在剪切盒边界提供了明显的平移不变性，并提供了连续的局部自适应性，但我们证明 AREPO 的非结构化网格在代码默认版本中引入了不希望出现的“网格噪声”水平。我们展示，通过对网格边界上的通量进行高阶积分可以纠正这一问题。凭借我们的新技术，我们在磁旋转不稳定性的剪切盒计算中获得了高度精确的结果，优于其他拉格朗日方法。这些改进对于代码中涉及强剪切流的其他应用也很有价值。