辐射冲击的数值模拟 I: 使用局部振荡滤波器消除数值冲击不稳定性
天体物理学
2007-05-23 v1
摘要
我们解决了一个在当冲击前端与网格平面平行时进行的双向分离 hydrodynamic 计算中出现的numerical不稳定性问题。当冲击前端平行于网格平面时，压力、密度和温度在横向上会产生振荡，这些振荡在有冷却过程时因热力学不稳定性而被放大，形成 post--shock 的 "条纹"。这些条纹与经典的 post--shock "脉动" 波动垂直。这种 post--shock 的 "条纹化" 显著地改变了流动。我们讨论了三种不同的方法来解决此问题，包括 (1) 基于人工粘性的方法; (2) 网格抖动; (3) 一种新的局部振荡滤波器，该滤波器作用于冲击前端的特定网格单元。我们使用具有嵌入剪切层的辐射墙冲击问题对这些方法进行了测试。人工粘性方法不可靠，因为虽然它确实减少了 post--shock 的脉动，但未消除条纹，且过度的冲击展宽导致冷却计算不准确，进而产生错误的冲击位置。网格抖动有效地抵消了条纹化，但在网格上的其他地方，剪切层会被不物理地扩散，尤其在极端情况下，这一点尤为突出。振荡滤波器方法消除了条纹，允许其他高速度梯度区域的流动以物理可接受的方式演化。它还有一个优点，即仅作用于二维或三维模拟中少数单元格，不显著影响性能。
引用
@article{arxiv.astro-ph/0204373,
title = {The Numerical Simulation of Radiative Shocks I: The elimination of numerical shock instabilities using a localized oscillation filter},
author = {R. S. Sutherland and D. K. Bisset and G. V. Bicknell},
journal= {arXiv preprint arXiv:astro-ph/0204373},
year = {2007}
}
备注
20 pages, 6 figures, revised version submitted to ApJ Supplement Series