Axisymmetric magneto-hydrodynamics with SPH
许多有趣的涉及磁场的地球和天体物理学场景可以在轴几何中进行处理。尽管拉格朗日光滑粒子流体动力学（SPH）技术已成功地扩展到处理磁流体动力学（MHD）问题，一个良好的验证，轴对称MHD计划的基础上SPH技术不存在。在这项工作中，我们提出并检查一个新的轴对称MHD流体动力学代码，可以应用于天体物理和工程问题，显示了足够的几何。我们表明，建立在这些轴对称的前提下的流体动力学代码是能够产生类似的结果，标准的3D-SPHMHD代码，但少得多的计算工作。
2022-07-03 astro-ph.IM
An Improved Method for Coupling Hydrodynamics with Astrophysical Reaction Networks
由于难以准确地耦合流体动力学和反应，反应天体物理流的建模可能具有挑战性。这在爆炸燃烧或建立核统计平衡的高温下可能特别严重。我们开发了一种新的方法的基础上的想法的光谱延迟校正（SDC）耦合显式流体动力学和刚性反应源作为一种替代算子分裂，比更全面的SDC方法，我们以前证明了简单。我们将新方法应用于一个中等大小的天体物理核反应网络的双爆轰问题，并探讨了时间步长和反应网络的公差，以表明，简化的SDC方法提供了改进的耦合与传统的Strang算子分裂相比，降低了计算费用。这一切都是在卡斯特罗流体动力学代码的框架内完成的，所有算法实现都是免费的。
2022-07-26 astro-ph.IM nucl-th
GenASiS: General Astrophysical Simulation System. I. Refinable Mesh and Nonrelativistic Hydrodynamics
GenASiS（通用天体物理模拟系统）是一个正在开发的新代码，最初和主要，但决不是唯一的，用于在世界领先的超级计算机上模拟核心坍缩超新星。本文-系列中的第一篇-演示了一个适合于引力坍缩的中心精化坐标补丁和可压缩非相对论流体力学的文献方法。我们对许多标准的测试问题的GenASiS的流体动力学能力进行基准测试;结果说明了我们的实施的基本能力，展示了HLLC相对于HLL黎曼解算器在一些有趣的情况下的优势和局限性，并提供了代码的规模和功能与细胞固定网格细化的能力的初步迹象。
2015-07-08 astro-ph.IM cs.SE
DIAPHANE: a Portable Radiation Transport Library for Astrophysical Applications
天体物理现象的流体动力学模型的计算要求最高的方面之一是辐射或相对论粒子的能量传输。涉及能量传输的物理过程是普遍存在的，在从行星形成到宇宙结构演化的许多场景中都具有重要意义，包括核心坍塌超新星或伽马射线暴等爆炸事件。此外，模拟和理解这些过程的能力常常受到辐射和相对论粒子处理中的近似和不完整性的限制。DIAPHANE项目的重点是开发一个便携式和可扩展的库，该库独立于底层流体动力学代码处理辐射和粒子（特别是中微子）的传输。在这项工作中，我们提出的计算框架和功能的第一个版本的DIAPHANE库，它已成功地移植到三个不同的光滑粒子流体动力学代码，GADGET2，GASOLINE和SPHYNX。我们还提出了验证不同的模块求解方程的辐射和中微子输运使用不同的数值方案。
2017-12-11 astro-ph.IM
Bonsai-SPH: A GPU accelerated astrophysical Smoothed Particle Hydrodynamics code
我们提出的光滑粒子流体动力学模拟代码，Bonsai-SPH，这是我们以前开发的重力只分层$N$体代码（称为盆景）的延续。该代码针对图形处理单元（GPU）加速器进行了优化，使研究人员能够利用这些强大的计算资源。Bonsa-SPH产生的模拟结果与最先进的，基于CPU的，代码，但使用一个数量级更少的计算时间。该代码可以在网上免费获得，详细信息在本工作中描述。
2020-02-14 astro-ph.IM cs.DC physics.comp-ph
GenASiS: General Astrophysical Simulation System. II. Nonrelativistic Hydrodynamics
在本文中，第二个系列，我们记录的算法和求解器可压缩非相对论流体动力学实现GenASiS（一般天体物理模拟系统）-一个新的代码正在开发的最初和主要，但绝不排他，核心塌陷超新星的模拟。在GenASiS的数学部分，我们介绍了求解器，其中包括通用双曲平衡方程和常微分方程积分步骤的有限体积更新。我们还介绍了GenASiS的物理部门;这将数学的流形部门扩展到物理空间，定义StressEnergies，并将其组合成宇宙。我们对许多标准的测试问题的GenASiS的流体动力学能力进行基准测试，结果说明了我们的实施的基本能力，证明了HLLC的HLL黎曼求解器在一些有趣的情况下，明显的优越性，并提供初步的代码的能力，规模和功能与细胞的细胞固定网格细化。
2015-07-08 astro-ph.IM physics.comp-ph
Scaling of Magneto-Quantum-Radiative Hydrodynamic Equations: From Laser-produced Plasmas to Astrophysics
本文介绍了磁量子辐射流体力学方程。通过将它们改写成无量纲形式，我们得到了一组描述所有特征流体动力学量的尺度相关比率的参数。我们讨论了这些无量纲参数与天体物理观测和实验室实验之间的比例关系。
2014-06-06 astro-ph.IM
A Hydrochemical Hybrid Code for Astrophysical Problems. I. Code Verification and Benchmarks for Photon-Dominated Region (PDR)
一个二维水化学混合程序，KM 2，构造处理天体物理问题，将需要耦合的流体动力学和化学演化。该程序假设在柱坐标系中轴对称，由两个模块组成：流体力学模块和化学模块。流体动力学模块使用Godunov型有限体积方案求解流体动力学，并将所包含的化学物质视为被动平流标量。化学模块隐含地解决了非平衡化学和由于热过程与外部紫外线辐射的转移而引起的能量变化。研究了自屏蔽效应对CO和H $_2$光解的影响。在这篇介绍性的论文中，提出了采用的数值方法，以及使用流体动力学模块的代码验证，并对化学模块进行了基准测试，其中反应特定于光子主导区域（PDR）。最后，作为一个例子，预期的能力，水化学演变的PDR的PDR基准的基础上。
2015-06-01 astro-ph.GA astro-ph.IM
AMReX-Astrophysics Microphysics: A set of microphysics routines for astrophysical simulation codes based on the AMReX library
Collaboration（协作组）；Stony Brook University（石溪大学）；University of Wisconsin, Madison（威斯康星大学麦迪逊分校）；Independent Researcher（独立研究者）；University of Arizona（亚利桑那大学）；The Australian National University（澳大利亚国立大学）；Los Alamos National Laboratory（洛斯阿拉莫斯国家实验室）；Lawrence Berkeley National Laboratory（劳伦斯伯克利国家实验室）；Leiden Observatory（莱顿天文台）；Arizona State University（亚利桑那州立大学）；Michigan State University（密歇根州立大学）；Institute for Advanced Computational Science, Stony Brook Univer（石溪大学高级计算科学研究所）
该研究开发了基于AMReX库的天体物理微物理库，为多款天体物理模拟代码提供微物理例程与求解器，采用C++实现且以GPU卸载为核心设计特征。
2026-08-10 astro-ph.IM
Axisymmetric smoothed particle magneto-hydrodynamics
许多涉及磁场的天体物理和地球情况都可以在轴向几何中进行处理。虽然光滑粒子流体动力学（SPH）技术已成功地推广到磁流体动力学（MHD），一个良好的验证，轴对称MHD方案基于这种技术还没有出现。在这项工作中，我们填补了科学文献中的空白，并提出和检查一个新的轴对称MHD流体动力学代码，可以应用于显示适当的几何形状的物理问题。我们表明，建立这些轴对称假设的流体动力学代码是能够产生类似的结果比标准的3D-SPMHD代码具有相同的分辨率，但计算量要小得多。
2022-11-11 astro-ph.IM
SPHYNX: an accurate density-based SPH method for astrophysical applications
流体动力学不稳定性和激波在天体物理情景中是普遍存在的。因此，对这些现象进行精确的数值模拟是正确建模和理解许多天体物理事件（如超新星，恒星碰撞或行星形成）的必要条件。在这项工作中，我们试图解决许多问题，光滑粒子流体动力学（SPH）技术在处理亚音速流体动力学不稳定性或冲击。为此，我们建立了一个新的SPH代码SPHYNX，其中包括SPH技术的许多最新进展和其他一些新的，我们在这里介绍。SPHYNX是牛顿型的，并且基于SPH技术的欧拉-拉格朗日公式。其显著特点是：使用积分方法来估计梯度;使用称为sinc核的灵活的插值器族，其抑制配对不稳定性;以及并入提供更好的单位分割的新型体积元素。与其他考虑与压力相关的体积元的现代公式不同，我们的体积元选择依赖于密度。SPHYNX保持质量，线性和角动量，能量，熵，并保持核归一化，即使在强烈的冲击。计算梯度的积分方法和新的体积元族之间的耦合减少了所谓的拉伸不稳定性。这两个功能有助于抑制阻尼，这往往会阻止增长的流体动力学不稳定性，在定期SPH代码。总体而言，SPHYNX已通过下述验证测试。对于相同的粒子设置和初始条件的结果是类似的（或更好的，在某些特定情况下）比与其他SPH计划，如GADGET-2，PSPH或与最近的密度无关的制定（DISPH）和保守再生核（CRKSPH）技术。
2017-07-07 astro-ph.IM
A Proper Discretization of Hydrodynamic Equations in the Cylindrical Coordinates for Astrophysical Simulations
圆柱坐标常用于计算流体动力学，特别是当考虑气体流附着在中心物体上时。虽然圆柱坐标在描述旋转方面有几个优点，但它们在坐标原点（z轴）沿轴有明显的奇异性。这种奇异性给数值模拟带来了困难。首先，很难再现穿过z轴的流动。其次，由于对于给定的角分辨率，CFL条件在z轴附近的数值单元在方位角方向上是窄的，因此时间步长被CFL条件极大地缩短。在这里，我们提出了一个新的离散化方案，以克服这些困难。在我们的新方案中，我们考虑在一个细胞内的单位矢量的方向的变化时，评估每个细胞表面的通量。此外，我们从作用于方位角单元表面的热压力和动压力计算了动量方程径向分量中的源项。新格式被设计成保持自由流，使得具有均匀密度、压力和速度的流动是离散方程的精确解。这些改进对于在最内部区域中使用较低的角分辨率并且因此延长每个时间步长是必不可少的。我们的例子表明，围绕轴的最里面的圆形区域可以解决只有六个数值细胞。我们提出了一个应用程序的吸积致密星所包围的磁盘，除了Sod激波管和旋转外流测试。
2020-12-10 astro-ph.IM
Astrophysical hydrodynamics with a high-order discontinuous Galerkin scheme and adaptive mesh refinement
在许多天体物理模拟中，尽可能精确和有效地求解理想流体力学的欧拉方程是一个关键的要求。因此，重要的是不断推进目前天体物理学代码中采用的数值方法，特别是考虑到计算机技术的不断发展，计算机技术对某些计算方法的支持超过了其他方法。在这里，我们介绍了新的自适应网格加密（AMR）代码TENET，它采用了高阶间断伽辽金（DG）计划的流体动力学。该方法通过显式龙格-库塔时间积分和Gauss-Legendre积分，将欧拉方程组转化为多项式基的弱形式。这种方法提供了显着的优势，通常采用的二阶有限体积（FV）求解器。特别地，高阶能力使其在计算上更有效，在这个意义上，可以以显著更少的计算成本获得相同的精度。此外，DG方案固有地在没有限制发生的区域中保持角动量，并且它通常产生比FV方法小得多的数值扩散和平流误差。另一个优点在于AMR细化边界的更自然的处理，其中可以避免回退到一阶。最后，DG在高阶不需要宽的扩展，并且提供了改进的数据局部性和对局部计算的关注，这对于当前和即将到来的高度并行的超级计算机是有利的。我们描述了我们的新代码的制定和实施细节，并展示了它的性能和准确性与一组二维和三维的测试问题。结果证实，DG计划有很高的潜力，天体物理应用。
2015-10-30 astro-ph.CO astro-ph.IM
CASTRO: A New Compressible Astrophysical Solver. II. Gray Radiation Hydrodynamics
我们描述了可压缩天体物理程序CASTRO的通量限制灰色辐射求解器的开发。CASTRO使用欧拉网格，基于逻辑矩形可变大小网格的嵌套层次结构，在空间和时间上同时细化块结构自适应网格细化。灰色辐射求解器是基于辐射流体力学的混合框架制定。在我们的方法中，系统被分成两部分，一部分耦合的辐射和流体的双曲子系统，和另一个抛物线的部分，发展辐射扩散和源-汇项。双曲型子系统显式求解的高阶Goddom格式，而抛物型部分是隐式求解的一阶向后欧拉方法。
2011-08-11 astro-ph.HE astro-ph.IM astro-ph.SR
Cholla : A New Massively-Parallel Hydrodynamics Code For Astrophysical Simulation
我们提出了Cholla（ParaLLel架构上的计算流体力学），这是一种新的三维流体力学代码，利用图形处理单元（GPU）的强大功能来加速天体物理模拟。Cholla使用最先进的技术在静态网格上对欧拉方程进行建模，包括不分裂角点传输逆风（CTU）算法，各种精确和近似的黎曼解算器，以及包括分段抛物方法（PPM）在内的多种空间重建技术。使用GPU，Cholla可以同时进化数千个细胞的流体属性，并且可以在使用精确的黎曼解算器和PPM重建的同时，每GPU每秒更新超过1000万个细胞。由于GPU的并行架构和Cholla代码的设计，具有物理上有趣的网格分辨率（> 256^3）的天体物理模拟可以很容易地在单个设备上计算。我们使用消息传递接口库将计算扩展到多个设备上，并展示了超过64个GPU的近乎理想的扩展能力。一套测试问题突出了我们的建模的物理精度，并提供了一个有用的比较，其他代码。然后，我们使用Cholla来模拟激波与气体云在星际介质中的相互作用，表明云的演化高度依赖于其密度结构。我们调和计算的混合时间的湍流云与一个现实的密度分布破坏了一个强冲击与现有的分析理论球形云破坏描述系统的中值气体密度。
2015-03-06 astro-ph.IM physics.comp-ph physics.flu-dyn
A New Residual Distribution Hydrodynamics Solver for Astrophysical Simulations
许多天体物理系统只有在其重子气体成分的行为被很好地理解时才能精确地建模。偏微分方程（PDE）求解器的残差分布（RD）族产生相应流体方程的近似解。我们提出了一个新的实现的RD方法。该求解器可以有效地计算流体的演化，在时间和空间上都具有高达二阶精度，在2D和3D中跨越非结构化三角剖分。我们实现了一种新的可变时间步进例程，它采用了漂移机制，大大提高了该方法的计算效率。我们对新的实现进行了广泛的测试，证明了其解决复杂流体结构的固有能力，即使在非常低的分辨率下。我们可以用3-5个分辨率元素来解析复杂的结构，这一点已经在Kelvin-Helmholtz和Sedov爆破测试中得到了证明。我们还注意到，我们发现冷云破坏的时间尺度与一个典型的PPE求解器预测的一致，尽管确切的演变显示出微小的差异。该代码包括三种残差计算模式，LDA，N和混合方案，为平稳流（LDA），极端冲击（N），以及两者（混合）的情况下量身定制。我们比较我们的RD求解器的结果，以国家的最先进的求解器中使用的其他天体物理代码，展示了新方法的竞争力，特别是在低分辨率。这在大规模的天体物理模拟中特别有意义，因为重要的结构，如恒星形成的气体云，通常由少量的流体元素来解决。
2022-11-21 astro-ph.GA astro-ph.IM
SPARCS -- combining radiation hydrodynamics with non-equilibrium metal chemistry in the SWIFT astrophysical code
the Chinese University of Hong Kong（香港中文大学）；the University of Chicago（芝加哥大学）；University of Hull（赫尔大学）；Durham University（杜伦大学）；Leiden University（莱顿大学）；École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL)（洛桑联邦理工学院）；Université de Genève（日内瓦大学）
SPARCS结合SPH-M1RT辐射传输方法与CHIMES非平衡金属化学求解器，实现辐射流体动力学模拟，研究星系际介质中非平衡效应和不均质性对离子分数的影响。
2026-03-20 astro-ph.GA astro-ph.IM
RAMSES-yOMP: Performance Optimizations for the Astrophysical Hydrodynamic Simulation Code RAMSES
RAMSES-yOMP通过在MPI并行化中引入OpenMP混合并行，解决了RAMSES在大规模多尺度天体物理模拟中负载分配和内存效率低下的问题，在相同处理器数量下实现运行时间减半、内存减少75%、存储减少30%的性能提升。
2024-11-21 astro-ph.GA astro-ph.IM
Equalizing resolution in smoothed-particle hydrodynamics calculations using self-adaptive sinc kernels
光滑粒子流体动力学（SPH）技术是一种求解气体动力学问题的数值方法。它已被应用于模拟各种各样的天体物理系统的演变。该方法具有二阶精度，在压缩区域的分辨率通常比在流体的稀释区域高得多。在这项工作中，我们提出并检查一个计划，以平衡和均衡的分辨率之间的SPH高密度和低密度区域。这种方法依赖于称为Sinc内核的插值器家族的多功能性，其允许通过仅改变单个参数（Sinc函数的指数）来提高插值质量。该计划的检查和验证，通过一些数值试验，从标准的一维黎曼问题的激波管，多维模拟爆炸，流体动力学不稳定性和崩溃的太阳一样的多面体。流体动力学模拟的分析表明，该计划旨在平衡精度，提高处理后冲击区，并在一般情况下，流体的稀薄区，而不会造成损害的增长的流体动力学不稳定性。该方法是鲁棒的，易于实现，具有较低的计算过载。它保持了质量、能量和动量，并在具有平滑密度梯度的流体区域中简化为标准SPH方案。
2014-08-25 astro-ph.IM
CASTRO: A New Compressible Astrophysical Solver. III. Multigroup Radiation Hydrodynamics
我们提出了一个制定多群辐射流体动力学是正确的顺序$O(v/c)$使用的comoving-frame方法和通量限制扩散近似。我们描述了一个数值算法求解系统，实现可压缩天体物理代码，CASTRO。CASTRO使用欧拉网格，基于逻辑矩形可变大小网格的嵌套层次结构，在空间和时间上同时细化块结构自适应网格细化。在我们的多群辐射求解器中，系统被分成三个部分，一个部分耦合双曲子系统中的辐射和流体，另一个部分在频率空间中平流辐射，以及一个抛物线部分，其演化辐射扩散和源-汇项。双曲子系统和频率空间平流显式求解高阶Goddom格式，而抛物部分求解隐式与一阶向后欧拉方法。我们的多群辐射求解器适用于中微子和光子辐射。
2012-11-05 astro-ph.HE astro-ph.IM astro-ph.SR
Fornax: a Flexible Code for Multiphysics Astrophysical Simulations
本文介绍了我们的新的多组，多维辐射流体动力学（RHD）代码Fornax的设计和实施，并提供了一套代码测试，以验证其在广泛的物理制度的应用。而不是专门专注于测试中微子辐射流体动力学相关的核心塌陷超新星的问题，其中天炉座是主要的目的，我们在这里提出的经典和严格的演示代码性能相关的一个广泛的多维流体动力学和多组辐射流体动力学问题。我们的代码解决了comoving-frame辐射矩方程使用M1封闭，利用保守的高阶重建，采用半显式的物质和辐射输运通过高阶时间步进计划，并适用于应用到广泛的天体物理问题。为此，我们首先描述的哲学，算法和方法的天炉座，然后执行许多严格的代码测试，集体和大力行使的代码，展示了出色的数值保真度，它捕捉到了许多物理效应的辐射流体力学，并显示出色的强大的缩放远远超过100 k MPI任务。
2019-02-07 astro-ph.HE astro-ph.IM astro-ph.SR
Smoothed Particle Hydrodynamics with Smoothed Pseudo-Density
在本文中，我们提出了一个新的配方的光滑粒子流体动力学（SPH），这不同于标准SPH（SSPH），是良好的行为在接触不连续。SSPH方案无法处理密度的不连续性（例如接触不连续性和自由表面），因为它要求流体的密度为正且处处连续。因此，在流体密度不连续处，SSPH格式的公式不一致。为了解决这个问题，我们引入了一个与粒子和该量的“密度”相关的新量。这个“密度”通过通常的连续性方程与附加的人工扩散项进行演化，以保证“密度”的连续性。我们使用这个“密度”或伪密度，而不是质量密度，来制定我们的SPH方案。我们称我们的新方法为SPH与平滑伪密度（SPSPH）。我们表明，我们的新方案是物理上一致的，可以很好地处理不连续性。
2015-01-24 astro-ph.EP astro-ph.IM
Special-relativistic Smoothed Particle Hydrodynamics: a benchmark suite
在本文中，我们测试的光滑粒子流体动力学（SPH），已从一个理想流体的拉格朗日推导出一个特殊的相对论制定。除了它的对称性的粒子指数，新的配方不同于早期的方法，在其人工粘度和使用特殊的相对论性的“梯度h项”。在本文中，我们基准的计划在一些苛刻的测试问题。对于这样的拉格朗日方案来说，也许并不太令人惊讶，它在纯平流测试中表现得接近完美。更重要的是，该方法产生准确的结果，即使在高度相对论冲击问题。
2010-05-10 astro-ph.IM physics.comp-ph
FleCSPH: The Next Generation FleCSIble Parallel Computational Infrastructure for Smoothed Particle Hydrodynamics
FleCSPH是一个基于编译时可配置框架FleCSI的平滑粒子流体动力学仿真工具。异步分布式树拓扑结构与快速多极方法相结合，使FleCSPH能够有效地计算流体力学和长距离粒子-粒子相互作用。FleCSPH提供了初始数据生成器、粒子松弛技术和标准演化驱动程序，这些驱动程序可以很容易地修改和扩展到用户特定的设置。数据输入/输出使用H5部分格式，与现代可视化软件兼容。
2020-07-06 astro-ph.IM cs.DC physics.comp-ph
Density Independent Smoothed Particle Hydrodynamics for Non-Ideal Equation of State
光滑粒子流体动力学（SPH）方法是研究天体物理和行星学问题的有效数值工具。然而，它原来的标准SPH算法在处理流体动力学不稳定性的问题。这个问题是由于假设局部密度分布是可微的。为了解决这个问题，一个新的SPH公式，它不需要的密度的可微性，已被提出。这种新的SPH方法改进了流体动力学不稳定性的处理。然而，这种方法仅适用于理想气体的状态方程（EOS）。在本文中，我们描述了如何将新的SPH方法推广到非理想状态方程。本文给出了非理想状态方程的各种标准数值试验结果。我们的新方法对非理想状态方程有很好的效果。我们的结论是，我们的新SPH可以处理流体动力学不稳定性的任意EOS，它是一个有吸引力的替代标准SPH。
2013-07-03 astro-ph.EP astro-ph.IM
General relativistic smoothed particle hydrodynamics
基于理想流体的广义相对论流体动力学方程的熵守恒形式，提出了一种广义相对论光滑粒子流体动力学（GRSPH）方法。我们的目标是取代广义相对论的近似处理，在目前的SPH模拟潮汐破裂事件和吸积盘。我们开发了一种改进的冲击捕获配方，区分冲击粘度和电导率的相对论。我们还描述了一个新的相对论轨道动力学和GRSPH的哈密顿时间积分算法。我们的方法正确地捕获了爱因斯坦和自旋诱导的黑洞周围的进动。我们基准我们的计划在1D和3D对轻度和超相对论激波管，周转和垂直振荡频率的精确解，和邦迪吸积。我们假设固定的背景度量（闵可夫斯基，史瓦西和克尔在笛卡尔Boyer-Lindquist坐标），但该方法奠定了基础，为未来的直接耦合与数值相对论。
2019-01-23 astro-ph.HE astro-ph.IM
Efficient and Scalable Algorithms for Smoothed Particle Hydrodynamics on Hybrid Shared/Distributed-Memory Architectures
本文介绍了一种新的快速和隐式并行的方法来寻找邻居的多分辨率光滑粒子流体动力学（SPH）模拟。这种新方法是基于分层细胞分解和排序的相互作用，在一个基于任务的配方。它被证明是比传统的基于树的代码更快，并扩展比域分解为基础的方法在混合共享/分布式存储器并行架构，例如集群的多核，实现了$40\times$加速的小工具-2模拟代码。
2014-04-08 astro-ph.IM cs.DC physics.comp-ph
Smoothed Particle Hydrodynamics in pkdgrav3 for Shock Physics Simulations. I. Hydrodynamics
University of Zurich（苏黎世大学）；University of Bern（伯尔尼大学）
本文介绍pkdgrav3，一种高性能的树-SPH代码，用于大规模包含自引力的流体动力学模拟。该代码结合了高效的树算法和现代SPH实现，适用于大规模并行计算，验证了其数值精度，展示了在行星尺度撞击模拟中的鲁棒性和效率。
2026-05-13 astro-ph.EP astro-ph.IM
Generating Optimal Initial Conditions for Smoothed Particle Hydrodynamics Simulations
我们回顾现有的SPH设置方法，并概述其优点，局限性和缺点。我们提出了一种新的方法来构建初始条件的光滑粒子流体动力学（SPH）模拟，这也可能是感兴趣的N体模拟，并证明了这种方法的应用。这种新方法的灵感来自于使用加权Voronoi细分的自适应分箱技术。粒子根据其与相邻粒子的接近程度和所需的空间分辨率进行放置和迭代移动。这种新方法可以满足任意复杂的空间分辨率要求。
2015-11-13 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.IM
Xenia: A Table-Driven Code for Astrophysical Multi-Fluid Hydrodynamics
Beijing ENN Fusion Energy Science and Technology Co., Ltd.（北京新奥聚变能源科学与技术有限公司）；Beijing Key Laboratory of High Magnetic Field Spherical Torus Fusion Energy（北京市高磁体球面环聚变能重点实验室）；Hebei Key Laboratory of Compact Fusion（河北省紧凑型聚变重点实验室）
Xenia是一种表驱动的天体物理多流体动力学代码，通过Python声明物质和耦合通道，采用算子分裂和解析雅可比矩阵，实现高效求解，并经过多项测试验证。
2026-10-06 astro-ph.EP astro-ph.IM physics.plasm-ph
Hyperbolic Conduction: A Fast, Physical Conduction Model Implemented in Smoothed Particle Hydrodynamics
首次在SPH中实现双曲热传导模型，通过引入弛豫时间限制热传播速度，允许更大显式时间步长，并提出保持稳定的新耗散方案，在多测试中验证其比抛物传导快数个数量级。
2023-10-23 astro-ph.IM physics.comp-ph
Simulating Turbulence Using the Astrophysical Discontinuous Galerkin Code TENET
在天体物理学中，求解理想流体动力学欧拉方程的两种传统方法是光滑粒子流体动力学和固定网格上的有限体积离散。然而，目标是有效地利用未来的exascale机器与他们的更高程度的并行并发性激励搜索更有效，更准确的计算流体力学的技术。不连续Galerkin（DG）方法在这方面代表了一类很有前途的方法，因为它们可以直接扩展到任意高阶，同时只需要很小的扩展。特别是对于涉及相对平滑的问题的应用，高阶方法承诺在计算速度上有显着的增益，以达到所需的目标精度。在这里，我们介绍我们的新的天体物理DG代码TENET设计的应用在宇宙学，并讨论我们的第一个结果的三维模拟亚音速湍流。我们表明，我们的新DG实现亚音速湍流提供了准确的结果，在大大降低计算成本相比，传统的有限体积法。特别是，我们发现，DG需要约1.8倍的自由度，以达到相同的精度，同时是超过1.5倍的速度，证实了其对天体物理应用的重大承诺。
2016-02-29 astro-ph.CO astro-ph.IM
A solution to the overdamping problem when simulating dust-gas mixtures with smoothed particle hydrodynamics
我们提出了一个修复Laibe & Price（2012）发现的过阻尼问题时，使用两组不同的粒子使用平滑粒子流体动力学模拟强耦合的粉尘-气体混合物。我们的解决方案是通过重建速度场来计算阻力时，计算气体和尘埃粒子对之间的重心处的阻力，类似于Godunov型求解器中的程序。这解决了过阻尼问题，计算成本可以忽略不计，但需要额外的内存来存储速度导数。我们采用斜率限制器，以避免虚假振荡的冲击，发现范里尔单调中心限制器最有效。
2020-05-13 astro-ph.EP astro-ph.IM physics.comp-ph
Magnetic fields and Turbulence in Star Formation using Smoothed Particle Hydrodynamics
首先，我们给出了一个历史的概述，试图将磁场到光滑粒子流体动力学方法通过求解磁流体动力学（MHD）方程，导致一个诚实的评估目前的最先进的限制，以执行现实的计算恒星形成过程。其次，我们讨论了最近的比较结果，我们已经进行了模拟驱动，超音速湍流与SPH和欧拉技术。最后，我们给出了超音速湍流中密度方差与马赫数之间关系的一些新结果，发现σ ^2_{ln rho} = ln（1 + b^2 M^2），b=0.33，直到马赫数~20，在较低的马赫数下与其它数值结果一致（Lemaster和Stone 2008），但与金牛座和IC 5146中sigma_rho和M的观测约束不一致。
2010-12-21 astro-ph.GA astro-ph.IM
MULTIGRAIN: A smoothed particle hydrodynamics algorithm for multiple small dust grains and gas
我们提出了一种新算法MULTIGRAIN，用于对浸入气体中的整个小尘埃颗粒群的动态进行建模，这是分子云和原行星盘中发现的典型条件。MULTIGRAIN方法比单相模拟更准确，因为气体经历了来自每个尘埃相的逆反应，并将这种变化传递给其他相，从而间接地将尘埃相耦合在一起。MULTIGRAIN方法是快速，明确和低存储，只需要一个数组的尘埃分数和他们的衍生物定义为每个分辨率元素。
2018-02-09 astro-ph.EP astro-ph.IM
An explicit scheme for ohmic dissipation with smoothed particle magneto-hydrodynamics
本文提出了一种基于光滑粒子磁流体动力学（SPMHD）的欧姆耗散显式格式。我们提出了一个SPH离散欧姆耗散和解决欧姆耗散部分的感应方程的超时间步长方法（STS），使我们能够采取更长的时间步长比Courant-Friedrich-Levy稳定性条件。我们的计划是二阶精度的空间和一阶精度的时间。数值实验表明，对于SPMHD欧姆耗散，STS参数的最佳选择是νsts ~ 0.01和Nsts ~ 5。
2013-07-01 astro-ph.EP astro-ph.IM astro-ph.SR
Inconsistencies arising from the coupling of galaxy formation sub-grid models to Pressure-Smoothed Particle Hydrodynamics
光滑粒子流体动力学（SPH）是一种拉格朗日方法，用于求解天体物理学中常见的流体方程，因其自然的适应性和稳定性而备受赞誉。SPH中平滑变量的选择一直是争论的话题，引入平滑压力（P-SPH）以减少接触不连续性相对于平滑密度方案的误差。平滑的压力方案在孤立的流体力学测试中产生了极好的结果;然而，在更复杂的情况下，特别是当与许多最先进的天体物理学模拟中使用的“次网格”物理和多时间步进相结合时，这些方案产生了很大的力误差，由于它们不表现为能量不守恒，很容易逃避检测。这里有两种情况进行评估：能量注入流体（常见的恒星反馈）和辐射冷却。在前一种情况下，力和能量守恒误差显现（与注入的能量具有相同的量级），而在后一种情况下，在几个时间步内快速变化的大的力误差导致流体中的不稳定性（与冷却损失的能量具有相同的量级）。解决这些问题的潜在方法进行了探讨，解决方案通常会导致计算成本大幅增加。使用基于密度的公式的方案不会产生这些不稳定性，因此，建议在与能量扩散项结合以减少接触不连续处的误差时，它们优先于基于压力的解决方案。
2020-11-23 astro-ph.GA astro-ph.IM
Particle splitting in smoothed particle hydrodynamics based on Voronoi diagram
提出了一种新的光滑粒子流体动力学模拟中的粒子分裂方法。我们的方法利用Voronoi图为一个给定的粒子集，以确定精细的子粒子的位置。我们进行了几个测试模拟，比较我们的方法与传统的分裂方法，其中的子粒子放置各向同性超过当地的平滑长度。我们表明，与我们的方法，分裂后的密度偏差减少了约2倍，与传统的方法相比。分裂将平滑各向异性的密度结构，如果女儿是各向同性分布，但我们的计划允许女儿粒子跟踪原始的密度分布与长度尺度的平均分离的父母。我们将粒子分裂应用于原始气体云坍缩的模拟。热演化精确地跟踪到氢数密度为10^12/cc。经过多步粒子分裂后，有效质量分辨率达到~10 ^-4 Msun，原恒星盘结构得到了很好的分辨。我们的结论是，该方法提供了一种有效的方法来模拟星际气体的演化和恒星的形成。
2015-06-01 astro-ph.CO astro-ph.IM
A fast and explicit algorithm for simulating the dynamics of small dust grains with smoothed particle hydrodynamics
我们描述了一个简单的方法来模拟动力学的小颗粒在尘埃气体中，有关微米级的颗粒在星际介质和厘米级的颗粒大小和更小的原行星盘。该方法涉及到解决一个额外的扩散方程的灰尘分数除了通常的流体动力学方程。当尘埃停止时间小于计算时间步长时，这种“尘埃扩散近似”是有效的。我们提出了一个数值实现光滑粒子流体动力学（SPH），是保守的，准确的和快速的。它不需要任何隐式时间步长，可以直接移植到现有的3D代码。
2015-09-10 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.IM
Smoothed Particle Hydrodynamics: Things I wish my mother taught me
我讨论了光滑粒子流体动力学（SPH）作为一种数值方法的主要特点-特别是SPH和更标准的基于网格的方法之间的关键差异-这对从业者很重要。这些包括对流的精确处理，没有内在耗散，精确的守恒和更微妙的性质，产生于其哈密顿公式，如粒子的最低能量状态的存在。每一个这些的影响进行了讨论，显示它们如何可以是优点和缺点。
2011-11-04 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.IM
Numerical solution of the non-linear Schrodinger equation using smoothed-particle hydrodynamics
我们制定了一个光滑粒子流体动力学数值方法，传统上用于欧拉方程的流体动力学在天体物理模拟的背景下，解决非线性薛定谔方程的马德隆制定。波函数的概率密度被离散为运动粒子，其性质通过核函数平滑。传统的流体压力被取代的量子压力张量，一个新的，强大的离散found. We展示了我们的数值方法上的各种数值测试问题，涉及简谐振子，玻色-爱因斯坦凝聚体，坍缩奇点，和暗物质晕由Gross-Pitaevskii-Poisson方程。我们的方法是保守的，适用于无界域，并自动适应其分辨率，使其非常适合研究问题的崩溃解决方案。
2016-11-08 astro-ph.CO astro-ph.IM physics.comp-ph
The Kelvin-Helmholtz instability and smoothed particle hydrodynamics
近年来，人们对评估天体物理流体动力学代码正确模拟开尔文-亥姆霍兹不稳定性的能力很感兴趣。光滑粒子流体动力学（SPH），特别是，已经受到了极大的关注，虽然还没有一个明确的证明，SPH产生收敛的解决方案，是在协议与其他方法。我们使用Lecoanet等人（2016）提出的测试问题对Kelvin-Helmholtz不稳定性进行了SPH模拟。我们证明了SPH的解决方案收敛到参考解决方案在线性和非线性制度。通过使用物理Navier-Stokes粘度和热导率实现了强非线性区域的定量收敛。我们的结论是，标准SPH与人工粘度可以正确地捕捉开尔文-亥姆霍兹不稳定性。
2019-08-14 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.IM
Emulating Radiative Transfer in Astrophysical Environments
Interdisciplinary Center for Scientific Computing, Heidelberg University（海德堡大学跨学科科学计算中心）
针对天体物理中辐射传输方程数值求解计算成本高的问题，提出一种结合傅里叶神经算子与U-Nets的替代模型，可在保持高精度的同时将辐射传输计算加速两个数量级以上，有望整合到先进流体动力学模拟中。
2025-11-11 astro-ph.GA astro-ph.IM cs.LG
Smoothed Particle Hydrodynamics
我提出了一个光滑粒子流体动力学（SPH）的审查，目的是提供一个数学上严格的，明确的推导算法的第一原则。考虑了用光滑核将连续场离散成粒子的方法，以及与这种方法相关的误差。一个完全保守的形式SPH，然后来自拉格朗日，演示了明确的质量，线动量和角动量和能量/熵的守恒。然后，该方法扩展到自洽包括空间变化的平滑长度，（自我）重力和各种形式的人工粘性，所需的正确处理的冲击。最后讨论了两种常用的时间积分方法，龙格-库塔-Fehlberg积分器和蛙跳积分器，以及时间步进准则的概述。
2010-10-02 astro-ph.IM math-ph math.MP
Tensor classification of structure in smoothed particle hydrodynamics density fields
随着流体动力学模拟的规模和分辨率的增加，识别具有非平凡几何形状或一般感兴趣区域的结构变得越来越具有挑战性。有一个不断增长的需要，在模拟识别各种不同的功能，而不需要一个“眼睛”的搜索算法。我们提出张量分类作为这样一种技术的光滑粒子流体动力学（SPH）。这些方法已经在N体宇宙学模拟中取得了很大的效果，这需要定义为输入自由参数的平滑。我们表明，张量分类成功地确定了广泛的结构SPH密度场使用其原生平滑，从分析中删除一个自由参数，并防止需要镶嵌的密度场，所需的一些分类算法。作为例子，我们表明，张量分类使用的潮汐张量和速度剪切张量成功地识别长丝，壳和片结构在巨大的分子云模拟，以及在光盘的螺旋臂。使用不同张量确定的结构之间的关系说明了不同的力如何竞争和合作，以产生所观察到的密度场。因此，我们提倡使用多张量来分类SPH模拟中的结构，揭示多个物理过程的相互作用。
2016-01-11 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.IM
The Kelvin-Helmholtz instability and smoothed particle hydrodynamics
我们使用光滑粒子流体动力学（SPH）的Kelvin-Helmholtz不稳定性进行模拟。在线性和强非线性制度的不稳定性进行了研究。使用Lecoanet等人（2016）的光滑，适定的初始条件，以及显式的Navier-Stokes粘度和热导率，以加强非线性区域的演化。我们证明收敛到参考解决方案，使用SPH。通过被动标量“色”场测量的涡旋结构的演变和混合程度与参考溶液相匹配。具有初始密度对比的测试产生正确的定性行为。SPH计算的L2误差随着分辨率的增加而减小。误差的主要来源是人工粘性引起的数值耗散，降低人工粘性的试验降低了L2误差。为了解决种子模式的初始速度幅值和抑制寄生模式的激发，需要高阶平滑核。我们发现，标准SPH与人工粘度没有困难，正确建模的开尔文-亥姆霍兹不稳定性，并产生收敛的解决方案。
2019-07-09 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
SWIFT: A modern highly-parallel gravity and smoothed particle hydrodynamics solver for astrophysical and cosmological applications
本文介绍开源并行代码 SWIFT，通过任务并行、异步通信和工作负载均衡的域分解，结合快速多极引力与多种 SPH 方案，实现约 3000 亿粒子规模的宇宙学模拟并展示优异弱扩展性能。
2024-03-29 astro-ph.CO astro-ph.EP astro-ph.GA
