SIP-IFVM：高效时精准的磁光流体模型，用于模拟日冕和日冕质量抛射
太阳与恒星天体物理
2025-01-29 v2 空间物理
摘要
本文提出了一种高效且时精准的三维(3D)单流体 MHD 日冕模型，并用于模拟CME的演化和传播。基于准稳态隐式MHD日冕模型，我们开发了一种可用于加速CME模拟的高效时精准日冕模型，通过选择较大的时间步长来实现加速。我们将其称为Solar Interplanetary Phenomena-Implicit Finite Volume Method(SIP-IFVM)日冕模型。实现了一种伪时间迈进方法，以提高时间精度。将轴可设计为任意形状的正规化Biot-Savart定律(RBSL)Flux rope 插入到日冕背景中以触发CME事件。我们对Carrington rotation(CR) 2219的日冕背景进行CME模拟，并评估了时间步长对模拟结果的影响。我们的研究表明，该模型能够在不足0.5小时(192个CPU内核，~1M网格单元)内，从太阳表面模拟CME的演化和传播至20 R_s。与显式模型相比，该隐式日冕模型不仅更快，而且数值稳定性更好。我们还进行了一次初始磁场人工增加的情景模拟，表明该模型能够有效处理时变低β问题(β<10^-4)。此外，Orszag-Tang MHD涡流动模拟表明，本日冕模型中使用的伪时间迈进方法能够模拟小尺度非稳态流动。模拟结果显示，该MHD日冕模型非常高效且数值稳定。它是一种在准时和准确的意义上模拟日冕中低等离子体β值时变事件的有前景的方法。
引用
@article{arxiv.2409.02022,
title = {SIP-IFVM: Efficient time-accurate magnetohydrodynamic model of the corona and coronal mass ejections},
author = {H. P. Wang and J. H. Guo and L. P. Yang and S. Poedts and F. Zhang and A. Lani and T. Baratashvili and L. Linan and R. Lin and Y. Guo},
journal= {arXiv preprint arXiv:2409.02022},
year = {2025}
}
备注
17 pages, 12 figures. (Accepted by A&A.)