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
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
Smoothed particle magnetohydrodynamics with a Riemann solver and the method of characteristics
本文发展了一种新的磁流体动力学（MHD）光滑粒子流体动力学（SPH）方法。为了准确描述MHD冲击，Goddern方法应用于SPH而不是人工耗散项。在粒子间相互作用中，我们对压缩波求解了一个带磁压的非线性Riemann问题，对Alfv{é}n波应用了特征线方法。进行了一系列广泛的MHD试验计算。在所有的测试计算中，我们比较了我们的SPH代码与有限体积法与近似黎曼解的结果，并确认良好的协议。
2011-10-17 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
Examining the Accuracy of Astrophysical Disk Simulations With a Generalized Hydrodynamical Test Problem
我们讨论了一个泛化的经典开普勒磁盘测试问题，允许压力和旋转的支持，作为一种方法，测试天体物理代码，将引力和流体力学。我们认为，现实的，天体物理磁盘表现出不可忽视的压力支持的理由，包括在旋转磁盘模拟的压力。然后，我们应用这个测试问题来研究各种光滑粒子流体动力学（SPH）方法的性能，这些方法结合了多年来提出的一些改进措施，以帮助SPH更好地解决经典的引力只开普勒磁盘建模中注意到的问题。我们还将此测试应用到一个新开发的扩展SPH的基础上再生内核称为CRKSPH。反直觉地，我们发现，压力支持的传统SPH在这个问题上的性能，导致非物理崩溃远离稳态盘的解决方案，甚至比纯引力问题更快，而CRKSPH大大减少了这种错误。
2016-07-14 astro-ph.IM
RAMSES-GPU: Cell-by-Cell Adaptive Mesh Refinement with Magneto-Hydrodynamics and Self-Gravity on Graphics Processing Units
Princeton University（普林斯顿大学）；Stanford University（斯坦福大学）；NVIDIA Corporation（英伟达公司）；University of Copenhagen（哥本哈根大学）
该研究在GPU上实现并优化宇宙学模拟代码RAMSES，介绍其管理AMR策略及跨硬件架构的可移植性，阐述流体动力学、粒子动力学和自引力处理方式，通过基准测试表明相比多核CPU有显著加速，还讨论了其他加速物理模块。
2026-07-24 astro-ph.IM
A radiation hydrodynamics scheme on adaptive meshes using the Variable Eddington Tensor (VET) closure
本文提出了一种新的算法来求解辐射流体力学（RHD）方程的频率积分，两个时刻的提法。该算法的新特点包括：i）采用非局部可变爱丁顿张量（VET）封闭的辐射矩方程，计算与射线跟踪方法，ii）支持自适应网格细化（AMR），iii）使用时间隐式Goddom方法的双曲传输的辐射，和iv）一个定点皮卡迭代计划，以准确地处理刚性非线性气体辐射能量交换。测试表明，我们的计划工作正确，产生准确的气体和辐射之间的能量和动量传递率，并获得正确的辐射场分布，即使在更常用的情况下-但不太准确-封闭关系，如通量限制扩散和矩-1近似失败。我们的计划提出了一个重要的一步，以提高空间和方向的准确性，有效地提高其预测能力进行RHD模拟。
2022-03-23 astro-ph.GA astro-ph.IM astro-ph.SR
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
Rich: Open Source Hydrodynamic Simulation on a Moving Voronoi Mesh
在这里，我们提出丰富的，最先进的2D流体动力学代码的基础上Goddom的方法，在一个非结构化的移动网格（缩写代表拉卡研究所计算流体动力学）。该代码主要基于代码AREPO。它不同于AREPO的插值和时间推进方案，以及一种新的并行化方案的基础上Voronoi细分。使用我们的代码，我们研究了移动网格的优点和缺点（与静态网格相比）。我们还比较了它的精度与其他代码。具体来说，我们表明，我们的实施外部来源和时间推进计划是更准确和强大的比AREPO的，当网格被允许移动。我们进行了参数研究的细胞圆化机制（Llyod迭代）和它的影响。我们发现，在大多数情况下，一个移动的网格比一个静态网格提供更好的结果，但它不是普遍正确的。在物质以一种方式运动，而声波以另一种方式传播（使得相对于网格，波不运动）的情况下，静态网格给出比运动网格更好的结果。此外，我们表明，基于Voronoi的移动网格计划遭受的错误，这是独立的分辨率，由于通量计算和变化之间的不一致，在一个单元格的面积。我们的代码是公开的开源，并以面向对象的，用户友好的方式设计，便于纳入新的算法和物理过程。
2014-10-13 astro-ph.IM physics.comp-ph physics.flu-dyn
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
EvoL: The new Padova T-SPH parallel code for cosmological simulations - I. Basic code: gravity and hydrodynamics
我们提出EvoL，新发布的帕多瓦N体代码的宇宙学模拟的星系形成和演化。在本文中，基本的树+ SPH代码的介绍和分析，连同概述的软件体系结构。EvoL是一个灵活的并行Fortran 95代码，专门设计用于模拟星系团，星系和次星系尺度上的宇宙结构形成。EvoL是一个完全拉格朗日自适应代码，基于经典的八叉树和平滑粒子流体动力学算法。它包括一些特殊功能，如带有额外修正项的自适应软化长度，以及SPH和人工粘度的现代公式。它被设计为在多个CPU上并行运行，以优化性能并节省计算时间。我们详细描述了代码，并提出了一些标准的流体动力学测试的结果。
2009-12-09 astro-ph.CO 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
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
A two-moment radiation hydrodynamics scheme applicable to simulations of planet formation in circumstellar disks
我们提出了一个辐射流体动力学的数值代码设计为一个模块的免费提供PLUTO代码。我们采用灰色近似，并包括辐射转移以下的两个时刻的方法，通过施加M1封闭的辐射场。这种封闭允许在扩散和自由流动限制的辐射传输的描述，并能够描述高度各向异性的辐射传输，可以预期在附近的吸积行星在原行星盘。为了减少由于辐射场和物质场的时间尺度不一致而引起的计算量，我们采用算子分裂的方法分别对它们的演化方程进行积分，并采用分段的方法对辐射方程进行演化。我们进一步提高了代码的效率，通过采用降低光速近似（RSLA）。辐射场演化方程的积分方案依赖于隐式-显式方案，其中辐射-物质相互作用项被隐式积分，而通量通过Godunov型求解器被积分。该模块适用于在笛卡尔坐标、球坐标和柱坐标中的1维、2维和3维的一般天体物理计算，并且可以在旋转框架上实现。我们证明了算法的性能在不同的数值基准，特别注意的适用性的RSLA计算物理过程中的原行星盘。我们展示了2D模拟的垂直对流盘和3D模拟的气体吸积行星的核心，这是第一个解决了两个时刻的方法。
2021-01-18 astro-ph.EP astro-ph.IM astro-ph.SR
Hydrodynamic capabilities of an SPH code incorporating an artificial conductivity term with a gravity-based signal velocity
本文研究了一个SPH程序的水动力性能，该程序加入了人工热传导项，其中采用的信号速度在重力存在时是适用的。根据以前的研究结果表明，SPH的性能来描述Kelvin-Helmholtz不稳定性的发展强烈依赖于初始条件设置的一致性和在动量方程中的领先的错误，由于不完整的内核采样。误差和稳定性分析表明，四次B样条核（M_5）具有很好的稳定性，我们建议使用大的邻域数，在~50（2D）到~ 100（3D）之间，以改善模拟结果的收敛性，而不受所谓的聚块不稳定性的影响。斑点试验的SPH模拟表明，在强超声速流的制度，一个适当的限制条件，这取决于普朗特数，必须施加在人工传导SPH系数，以避免非物理量的热扩散。包括自重在内的流体动力学模拟结果显示，流体动力学变量的分布与使用基于网格的代码产生的结果吻合得更好。特别是，在宇宙学模拟的星系团的核心熵的最终水平是一致的，使用AMR代码。最后，Rayleigh-Taylor不稳定性试验的结果表明，在非常亚音速流动的制度，代码在处理流体动力不稳定性仍然有几个困难。这些问题本质上是由于在标准SPH梯度计算的方式，而不是人工电导率项的实施。
2012-07-30 astro-ph.IM physics.comp-ph physics.flu-dyn
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
Improved Performances in Subsonic Flows of an SPH Scheme with Gradients Estimated using an Integral Approach
在本文中，我们提出了一系列的流体动力学测试的结果，旨在验证性能的平滑粒子流体动力学（SPH）制定的梯度来自一个积分的方法。我们专门研究亚音速流的代码行为，众所周知，标准SPH中存在的零阶不一致性使得正确建模流体动力学特别成问题。特别是，我们认为Gresho-Chan涡问题，开尔文-亥姆霍兹不稳定性的增长，驱动亚音速湍流的统计和冷开普勒光盘问题。我们比较模拟结果的不同的测试与所获得的，对于相同的初始条件下，使用标准SPH。我们还比较了相应的结果与以前获得的其他数值方法，如基于移动网格计划或Godunov型拉格朗日无网格方法的代码。我们量化代码性能通过引入误差范数和粒子分布的谱特性，在其他作品中所做的类似的方式。我们发现，新的SPH制定具有强烈降低梯度误差，并优于标准SPH在所有的测试考虑。事实上，在精度方面，我们发现新方案的模拟结果与最近提出的其他数值方案的模拟结果之间有很好的一致性。这些研究结果表明，所提出的方法可以成功地应用于许多天体物理问题中，亚音速流的存在下，以前限制使用SPH，与新的计划，现在在这些制度的竞争力与其他数值方法。
2016-08-31 astro-ph.IM physics.comp-ph physics.flu-dyn
A Formulation of Consistent Particle Hydrodynamics in Strong Form
在天体物理学的流体动力学模拟中，大变形是常见的，并且有时需要表面跟踪。光滑粒子流体动力学（SPH）方法已被用于许多这样的模拟。然而，最近已经表明，SPH不能准确地处理接触不连续或自由表面。这个问题有几个原因。第一个是SPH要求密度是连续的和可微的。第二个问题是SPH不具有相容性，因此在空间上的精度是零阶。此外，我们不能用SPH表达精确的边界条件。本文提出了一种新的基于粒子的可压缩流体动力学高阶格式。我们的方法是基于核加权的高阶拟合多项式的密集变量。用这种方法，我们可以构造一个解决上述所有三个问题的方案。对于激波捕获，我们使用von-Neumann-Richtmyer人工粘性的张量形式。我们已将此方法应用于许多试验问题，并取得了良好的结果。我们的方法不是保守的，因为粒子没有质量或能量，只有密度。然而，由于拉格朗日性质的计划，违反守恒定律原来是小的。我们将这种方法命名为强形式一致粒子流体动力学（CPHSF）。
2017-01-19 astro-ph.EP astro-ph.IM physics.comp-ph
