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
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
Performance Optimisation of Smoothed Particle Hydrodynamics Algorithms for Multi/Many-Core Architectures
我们描述了一个战略的代码现代化的小工具，广泛使用的社区代码计算天体物理学。这项工作的重点是节点级性能优化，针对当前的多/众核英特尔架构。我们确定和隔离的样本代码内核，这是一个典型的光滑粒子流体动力学（SPH）算法的代表。代码修改包括线程并行优化，将数据布局更改为阵列结构（SoA），自动矢量化和粒子分选算法改进。我们在英特尔至强R（Ivy Bridge上的$2.6 \times$）和至强融核TM（Knights Corner上的$13.7 \times$）系统上都获得了更短的执行时间和更高的线程可扩展性。对优化代码的前几次测试使$19.1 \times$在第二代Xeon Phi（Knights Landing）上的执行速度更快，从而证明了所设计的优化解决方案对即将推出的架构的可移植性。
2017-05-10 astro-ph.IM cs.DC physics.comp-ph
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
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
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
Improving smoothed particle hydrodynamics with an integral approach to calculating gradients
在本文中，我们开发和测试一个完全保守的SPH计划的基础上，张量制定，可应用于模拟天体物理系统。在所提出的计划中，衍生物计算的积分表达式，导致张量（而不是矢量）的梯度估计，并减少到标准的制定在连续极限。新的配方改善了物理量的插值，导致一组保守的方程，类似于那些标准的SPH。所得到的方案进行了验证，使用各种众所周知的测试，所有这些都在二维模拟。我们还讨论了应用所提出的张量方法，天体物理模拟的稳定性的太阳一样，在三维计算。
2011-12-05 astro-ph.IM astro-ph.SR physics.comp-ph
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
Adaptive particle refinement for compressible smoothed particle hydrodynamics
本文为可压缩SPH提出自适应粒子细化方法，允许局部高分辨率，并在环双星盘、嵌合行星和飞掠问题中验证其精度与1.07–6.62倍加速。
2024-09-17 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
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
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
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
Improving convergence in smoothed particle hydrodynamics simulations without pairing instability
光滑粒子流体动力学（SPH）的数值收敛会受到粒子无序引起的随机力误差的严重限制，特别是在天体物理中普遍存在的剪切流中。当切换到固定分辨率的更扩展的平滑内核时（使用SPH分辨率尺度的适当定义），邻居的数量NH的增加不足以对抗这些错误。因此，为了更好的收敛而交易分辨率是必要的，但是对于传统的平滑内核，这种选择受到配对（或聚集）不稳定性的限制。因此，我们调查的适宜性的Wendland函数平滑内核，并比较它们与传统的B样条。在三维和测试模拟的线性稳定性分析表明，文德兰内核避免配对不稳定的所有NH，尽管有消失的衍生物在原点（反驳传统的想法，这种不稳定的起源;相反，我们发现的关系与内核傅立叶变换，并给出解释的SPH密度估计）。Wendland核在计算上比高阶B样条更方便，允许较大的NH，因此具有更好的数值收敛性（注意计算成本随NH呈次线性上升）。我们的分析还表明，在低的NH ~= 60的四次样条核得到更好的收敛比标准的三次样条。
2012-06-01 astro-ph.IM physics.comp-ph physics.flu-dyn
On shock capturing in smoothed particle hydrodynamics
针对光滑粒子流体动力学的激波捕捉问题，提出一种借鉴近似黎曼求解器理念的新方法，可在保持激波保真度的同时更好减少激波外的过度耗散。
2024-07-14 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
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
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
Testing the concept of integral approach to derivatives within the smoothed particle hydrodynamics technique in astrophysical scenarios
分析了基于张量公式的全守恒SPH格式IAD_0在几种天体物理场景下的行为，并与标准SPH方法进行了比较。所提出的流体动力学方案进行了验证，使用各种数值试验，涵盖天体物理学中的重要课题，如超新星遗迹的演变，自引力体的稳定性和紧凑的物体的合并。结果表明，SPH格式建立与积分方法的衍生物的前提下，改善了标准的SPH技术的结果。特别是，它被观察到一个更好的发展的流体动力学不稳定性，一个改进的描述在平衡状态下的自引力结构和一个合理的描述的过程中的两个白矮星的合并。一个很好的能量，线和角动量守恒，一般优于标准的SPH，也得到了。此外，新方案不易受到配对不稳定性的影响。
2012-08-28 astro-ph.IM
Smoothed Particle Hydrodynamics: Turbulence and MHD
本文讨论了光滑粒子流体动力学（SPH）方法在星际介质超声速湍流模拟中的应用，并对SPH方法求解磁流体动力学（MHD）方程的最新算法进展作了介绍。使用高分辨率计算（高达1.34亿个粒子），我们发现在一系列测量上与基于网格的结果非常一致，包括速度场和密度加权速度rho^（1/3）v的功率谱斜率，后者显示出Kritsuk等人（2007）提出的类似于Kolmogorov的k^-5/3标度。我们还发现概率分布函数（PDF）和结构函数的统计数据非常一致，独立地证实了Schmidt，Federrath和Klessen（2008）发现的标度。在光滑粒子磁流体动力学（SPMHD），我们最近浪费了大量的时间和精力调查矢量势作为替代欧拉势制定，在最后得出结论，使用矢量势甚至比标准（基于B场）SPMHD方法更严重的问题。
2010-02-26 astro-ph.GA astro-ph.IM
A smoothed particle hydrodynamics algorithm for multigrain dust with separate sets of particles
我们提出了一种方法来模拟气体和多个物种的大斯托克斯数尘埃颗粒，典型的演化原行星盘和碎片盘的混合物的动力学。该方法改进了早期的方法，其中只有一个单一的晶粒尺寸可以表示，通过捕获气体上的多个尘埃物种的差分反反应。在原行星盘生命的后期阶段，这种影响在大的尘埃与气体的比例下会更大。我们基准的线性波，阻力和冲击的尘埃气体混合物的解析解的方法，并在原行星盘径向漂移表明，该方法是强大的和准确的。
2020-10-26 astro-ph.EP astro-ph.IM
Sphenix: Smoothed Particle Hydrodynamics for the next generation of galaxy formation simulations
光滑粒子流体动力学（SPH）是一种普遍存在的求解流体方程的数值方法，具有守恒性、自适应性和简单性等优点。我们介绍了Sphenix SPH方案，该方案的设计考虑了三个关键目标：与注入能量的子网格物理模块一起工作，具有高度的计算效率（无论是在计算和内存方面），并且是拉格朗日的。Sphenix使用密度-能量运动方程，以及可变的人工粘性和传导，包括旨在与星系形成的常见子网格模型一起工作的限制器。特别是，我们提出并测试了一种新的限制器，防止跨冲击传导，防止反馈事件中的杂散辐射损失。Sphenix被证明可以解决传统SPH的许多困难的测试问题，包括流体混合和涡量守恒，并且在所有适当的测试中都会产生收敛行为。至关重要的是，我们在Sphenix中对各种交换机使用相同的参数，以证明该方案的性能，因为它将用于生产模拟。
2021-10-28 astro-ph.GA astro-ph.IM
The Shamrock code: I- Smoothed Particle Hydrodynamics on GPUs
本文提出基于 C++17 和 SYCL 的性能可移植框架 Shamrock，通过二进制代数加速并行树构建并实现 Phantom 的 SPH 算法，在超算上千 GPU 上以高于 90% 的并行效率实现每秒数十亿粒子的处理能力。
2025-03-12 astro-ph.IM cs.DC
Sink particle radiative feedback in smoothed particle hydrodynamics models of star formation
我们提出了一种新的方法，包括辐射反馈从汇粒子的平滑粒子流体动力学模拟低质量恒星形成，并探讨其对小恒星群的形成的影响。我们发现，包括从下沉粒子的辐射反馈抑制碎片甚至进一步比计算，只包括气体内的辐射转移。这降低了初始原恒星形成后的恒星形成率，导致产生的物体更少，恒星总质量更低。下沉粒子的光度因星系团气体动力学驱动的吸积速率的变化而变化，导致类似质量的原恒星的光度不同。包括来自汇的反馈也提高了恒星质量的中位数。各组的中位质量高于通常观察到的值。这可能是由于与那些发生在更丰富的群体中的原恒星相比，在小群体中缺乏动力学相互作用和喷射。我们还发现，在我们的计算中的温度分布是在定性的协议与最近的观测银河系恒星形成区的原恒星加热。
2018-07-25 astro-ph.IM astro-ph.SR
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
An implicit algorithm for simulating the dynamics of small dust grains with smoothed particle hydrodynamics
本研究提出一种用于光滑粒子流体动力学的隐式算法，求解终端速度近似下小尘埃占比的扩散方程，通过解析求解三次方程实现，避免了显式方法的负值问题，降低了计算成本，但仍不适用于大颗粒场景。
2024-03-08 astro-ph.EP astro-ph.IM
Are heuristic switches necessary to control dissipation in modern smoothed particle hydrodynamics ?
Universitat Politècnica de Catalunya (UPC)（加泰罗尼亚理工大学）；Institut d’Estudis Espacials de Catalunya (IEEC)（加泰罗尼亚空间研究所）；University of Basel（巴塞尔大学）
本文提出一种无需人工粘性开关的高效激波捕捉方案，通过速度重构技术减少非物理耗散，提升计算精度。
2026-02-28 astro-ph.IM physics.flu-dyn
SPHS: Smoothed Particle Hydrodynamics with a higher order dissipation switch
我们提出了一种新的实现光滑粒子流体动力学（SPHS），使用的空间导数的速度发散作为高阶耗散开关。我们的交换机-这是二阶精度-检测流收敛之前，它发生。如果粒子轨迹要交叉，我们打开通常的SPH人工粘性，以及所有平流流体量的保守耗散（例如，熵）。粘性项和耗散项（即数值误差）旨在确保所有流体量在粒子相互接近时保持单值，遵守守恒定律，并随着分辨率的增加在给定的物理尺度上消失。SPHS解决了一些已知的问题与“经典”SPH，成功地解决混合，并恢复数值收敛与提高分辨率。另一个关键的优点是--将粒子质量与熵类似地处理--我们能够使用多质量粒子，从而显着改善对细化策略的控制。我们提出了广泛的代码测试，包括Sod激波管，Sedov-Taylor爆炸波，Kelvin-Helmholtz不稳定性，'斑点测试'，和一些收敛测试。我们的方法在所有测试中表现良好，与分析预期吻合良好。
2011-11-29 astro-ph.CO astro-ph.IM
Smoothed Particle Radiation Hydrodynamics: Two-Moment method with Local Eddington Tensor Closure
我们提出了一种新的辐射转移方法（SPH-M1 RT），该方法与平滑粒子流体动力学（SPH）动态耦合。我们实现它在（基于任务的并行）SWIFT星系模拟代码，但它可以直接实现在其他SPH代码。我们的基于矩的方法同时解决了辐射能量和通量方程SPH，使其适应在空间和时间。我们修改的M1封闭关系，以稳定在光学薄极限的辐射锋。我们还介绍了各向异性的人工粘性和高阶人工扩散计划，这使得代码能够准确地处理辐射传输的光学薄和光学厚制度。采用半隐式子循环技术求解非平衡热化学。我们的方法的计算成本是独立的源的数量，并可以进一步降低通过使用降低光速近似。我们证明了我们的方法的鲁棒性，将其应用到一组标准的测试从宇宙学辐射转移比较项目的Iliev等人。SPH-M1 RT计划是非常适合建模的情况下，许多来源发出电离辐射，如宇宙学模拟星系形成或模拟的星际介质。
2021-07-04 astro-ph.GA astro-ph.IM
Phantom: A smoothed particle hydrodynamics and magnetohydrodynamics code for astrophysics
我们提出的幻影，一个快速，并行，模块化和低内存的平滑粒子流体动力学和磁流体动力学的代码开发在过去十年的天体物理应用在三维空间。该代码的开发重点是恒星、银河系、行星和高能天体物理学，并已广泛用于研究吸积盘和湍流，从行星的诞生到黑洞如何吸积。在这里，我们描述和测试的核心算法，以及模块的磁流体力学，自引力，下沉粒子，H_2化学，尘埃气体混合物，物理粘度，外力，包括众多的银河系的潜力，以及实现的Lense-Thirring岁差，坡印廷-罗伯逊阻力和随机湍流驱动。Phantom特此公开。
2018-06-15 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.HE
Gas mixing through a Smoothed Particle Hydrodynamics approach
本文提出一种基于光滑粒子流体动力学的二元气体混合模型，通过解耦碰撞项实现高效模拟，适用于行星环境中的受限多组分气体系统。
2025-09-08 astro-ph.EP astro-ph.IM
Reliable estimation of the column density in Smoothed Particle Hydrodynamic simulations
我们描述了一个简单的方法来估计垂直柱密度光滑粒子流体动力学（SPH）模拟光盘。与Stamatellos等人（2007）的方法一样，柱密度是使用预先计算的局部量估计的，然后用于估计辐射冷却速率。冷却速率是一个相当重要的量，例如，在评估椎间盘碎裂的可能性时。我们的方法有三个步骤：（i）使用重力加速度的垂直分量来估计从颗粒到中间平面的柱密度，（ii）计算从中间平面到圆盘表面的“总表面密度”，（iii）从（i）和（ii）之间的差来计算从每个颗粒到表面的柱密度。这种方法被证明大大提高了准确性的列密度估计光盘几何相比，方法的Stamatellos。另一方面，虽然我们的方法的准确性仍然是可以接受的情况下，高密度的碎片内形成的光盘，我们发现，Stamatellos方法比我们的方法在这方面的表现更好。因此，混合方法（其中该方法在大的过密度区域中切换）可能是最佳的。
2012-07-27 astro-ph.GA astro-ph.IM
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
