An Extension of Godunov SPH: Application to Negative Pressure Media
用黎曼解对光滑粒子流体动力学（SPH）方法进行改进，称为Goddom SPH。我们进一步扩展Goddom SPH的描述与负压的介质。在某些情况下，SPH方法表现出非物理的不稳定性，导致颗粒聚集。这种不稳定性称为拉伸不稳定性。在规则流体中，当相邻粒子数目非常多且核函数具有一定形状时，拉伸不稳定性发生在正压区域，而在拉伸弹性体中出现的负压区域，拉伸不稳定性尤为显著。在SPH中计算弹性体时，必须抑制拉伸不稳定性。在这项研究中，我们开发了一种新的技术，以消除拉伸不稳定性，通过扩展Goddom SPH方法和进行线性稳定性分析的运动方程的扩展方法。我们发现，拉伸不稳定性可以通过选择一个适当的插值阶数的运动方程的Goddom SPH方法抑制。我们还推导了一个简单的弹性体状态方程的Riemann解的解析解，并构造了一个允许负压的状态方程的Goddom SPH方法。
2015-12-14 astro-ph.EP astro-ph.IM
A new GPU-accelerated hydrodynamical code for numerical simulation of interacting galaxies
本文提出了一个新的可扩展的流体动力学程序GPUPEGAS（GPU加速的质子气体天体物理模拟），用于相互作用星系的模拟。该代码是基于Goddom方法的组合以及FlIC方法的原始实现，特别适用于GPU实现。在GPUPEGAS软件中，采用快速傅里叶变换求解泊松方程.在经典气体动力学问题、新Aksenov检验和经典引力气体动力学问题上对上述方法的软件实现进行了测试。采用无碰撞流体动力学方法对恒星和暗物质进行模拟。GPUPEGAS计算加速器的可扩展性。
2013-11-04 astro-ph.IM
Local Spherical Collapsing Box in Athena++: Numerical Implementation and Benchmark Tests
在Athena++磁流体代码中实现了球对称塌缩/膨胀气体云的局部模型，通过基准测试验证了其在质量与动量守恒及物理过程模拟上的性能，为研究原恒星塌缩及恒星与行星形成早期阶段提供了强大框架。
2024-07-26 astro-ph.EP astro-ph.GA 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
Implementation of chemistry in the Athena++ code
在Athena++中实现化学模块，支持多种化学网络及加热冷却过程，耦合辐射和宇宙射线，通过系列测试验证精度，为天体化学模拟提供稳健灵活工具。
2023-05-08 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.IM
A Validated Nonlinear Kelvin-Helmholtz Benchmark for Numerical Hydrodynamics
Kelvin-Helmholtz不稳定性的非线性演化是代码验证的流行测试。迄今为止，大多数文献中讨论的Kelvin-Helmholtz问题是不适定的：它们不收敛于任何单一的解决方案，增加分辨率。这排除了不同代码之间的比较，并严重限制了作为测试问题的开尔文-亥姆霍兹不稳定性的效用。由于缺乏参考解决方案，许多作者都声称他们基于ad-hoc代理的模拟的准确性，例如，小规模结构的存在。本文提出了一类具有光滑初始条件和显式扩散的适定Kelvin-Helmholtz问题。我们表明，在许多情况下，数值误差/噪声种子虚假的小尺度结构的开尔文-亥姆霍兹问题。我们证明了收敛到一个参考解决方案，使用雅典娜，Goddom码，和Dedalus，伪谱码。对于这两种代码，在整个域中具有恒定初始密度的问题相对简单。然而，具有初始密度跳跃（这是天体物理系统中的规范）的问题表现出丰富的行为，并且在计算上更具挑战性。在后一种情况下，雅典娜模拟是容易的不稳定性的内部卷起的漩涡，这种不稳定性是由算法引入的网格尺度的错误播种，并随着分辨率的增加而消失。雅典娜和迪达勒斯都表现出晚期的混沌。无粘模拟充满了极其激烈的二次不稳定性，诱导更多的混合比模拟显式扩散。我们的研究结果强调了运行适定的测试问题的重要性，证明收敛到一个参考解决方案。为了便于将来的比较，我们包括解决，收敛的解决方案，本文中的开尔文-亥姆霍兹问题的机器可读的形式。
2021-12-27 astro-ph.IM physics.flu-dyn
Monte Carlo Radiation Hydrodynamics with Implicit Methods
我们探讨应用蒙特卡罗输运方法解决耦合辐射流体力学问题。我们使用一个时间相关的，频率相关的，三维辐射输运代码，这是特殊的相对论，包括一些详细的微物理相互作用，如共振线散射。我们耦合的运输代码到两个不同的1维（非相对论）流体动力学求解器：一个球形拉格朗日计划和欧拉Goddom求解器。气体-辐射能量耦合被隐式处理，使我们能够采取比辐射冷却时间长得多的hydrodyanimcal时间步长。我们验证代码，并评估其性能使用一套辐射流体动力学测试问题，包括在辐射能量占主导地位的政权。我们还开发的技术，减少噪声的蒙特卡罗估计辐射力通过使用辐射压力张量的空间发散。结果表明，蒙特卡罗技术的天体物理系统的多维辐射流体动力学模拟的承诺。
2015-01-28 astro-ph.HE 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
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
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
VETTAM: A scheme for radiation hydrodynamics with adaptive mesh refinement using the variable Eddington tensor method
我们提出了可变爱丁顿张量封闭运输自适应网格（\texttt{VETTAM}），一种新的算法来解决辐射流体动力学方程（RHD）与支持自适应网格细化（AMR）的频率集成，两个时刻制定。该方法是基于一个非本地变量爱丁顿张量（VET）封闭计算的混合特征计划的射线跟踪。我们使用Goddom方法的双曲传输的辐射与隐式向后欧拉时间更新，以避免明确的时间步长约束所施加的光交叉时间，和一个定点Picard迭代计划来处理非线性气体辐射交换项，与两个隐式更新阶段联合迭代收敛。我们还开发了一个修改后的AMR，我们发现这是至关重要的，在扩散制度获得准确的结果的波速校正方法。我们证明了我们的计划的鲁棒性与一套纯辐射和RHD测试，并表明它成功地捕捉流，静态扩散和动态扩散制度和它们之间的空间转换，投下尖锐的阴影，并产生准确的结果辐射和气体之间的动量和能量交换率。比较了辐射矩方程的Eddington近似（0阶矩封闭）和$M_1$近似（1阶矩封闭）的不同封闭方案，表明了VET方法（2阶矩封闭）优于简单封闭方案。\texttt{VETTAM}已被耦合到AMR \texttt{FLASH}（磁）流体动力学代码，我们总结报告的性能特点和瓶颈，我们的实施。
2022-02-17 astro-ph.GA astro-ph.IM astro-ph.SR
Radiation hydrodynamics with Adaptive Mesh Refinement and application to prestellar core collapse. I Methods
辐射转移对星前致密核的坍缩和碎裂有很强的影响。我们提出的辐射流体动力学求解器，我们设计的RAMSES代码。该方法是为天体物理学目的而设计的，特别是用于原恒星坍缩。我们提出了求解器，使用共同移动的框架来评估辐射量。我们使用流行的通量限制扩散近似，在灰色近似下（一组光子）。求解器的基础上的二阶Goddom格式的RAMSES的双曲部分，和辐射扩散和辐射与物质之间的耦合的隐式计划。我们详细报告我们的方法，将RHD求解器集成到RAMSES。我们成功地测试了几个传统的测试方法。为了验证在3D中，我们进行计算的一个孤立的1 M太阳星前致密核心的崩溃，没有旋转。我们成功地比较结果与以前的研究使用不同的模型辐射和流体动力学。我们已经开发了一个完整的辐射流体动力学求解器的RAMSES代码，处理自适应网格细化网格。该方法是显式格式和隐式格式的结合，在空间上精确到二阶。我们的方法非常适合恒星形成的目的。多维致密核心坍塌计算与旋转的结果在一个配套文件。
2011-02-23 astro-ph.IM physics.comp-ph
Modeling UV Radiation Feedback from Massive Stars: I. Implementation of Adaptive Ray Tracing Method and Tests
我们提出了一个自适应射线跟踪（ART）模块的雅典娜流体动力学代码，准确，有效地处理涉及多个点源的三维笛卡尔网格上的辐射转移的实现。我们采用了最近提出的并行算法，使用非阻塞，异步MPI通信，以加快整个计算域的光线运输。我们通过几个标准的测试问题，包括辐射在真空中的传播和各种类型的HII区域的扩展来验证我们的实现。此外，缩放测试表明，每个源的完整射线跟踪的成本仍然相当于高达$\sim 10^3$处理器上的流体动力学更新。为了证明我们的ART实现的应用程序，我们进行了一个模拟的星团团簇形成的边缘绑定，湍流云，发现它的恒星形成效率是$12\%$时，辐射压力和紫外线辐射的光电离处理。我们直接比较的辐射力计算的ART计划与M1封闭关系。虽然ART和M1方案在大尺度上产生类似的结果，但后者无法精确地解决单个点源附近的辐射场。
2017-11-16 astro-ph.GA astro-ph.IM
A New Way to Conserve Total Energy for Eulerian Hydrodynamic Simulations with Self-Gravity
提出了一种新的方法，以节省总能量舍入误差的网格为基础的代码与自重力流体动力学模拟。给出了由于自引力做功而引起的能流公式，从而总能量的变化可以用守恒形式表示。用Athena程序进行的数值实验表明，新算法确实是能量守恒的，而且具有二阶精度。我们已经进行了一组测试，显示在传统的，非保守的算法的数值误差会影响系统的动态。与传统的包含自引力源项的算法相比，新算法只需要增加一个泊松方程的解。如果泊松求解器占用总仿真时间的一小部分，例如使用FFT时，则新算法几乎与原始方法一样有效。该算法适用于具有自重力的欧拉流体动力学模拟，特别是当计算结果对小的能量误差敏感时，如辐射压力主导的流动。
2012-10-01 astro-ph.IM physics.comp-ph
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
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
exoALMA VII: Benchmarking Hydrodynamics and Radiative Transfer Codes
本研究系统比较了多种流体动力学与辐射传输代码在模拟原行星盘中的表现，结果表明各代码组合均能高度一致地建模并可靠反演行星驱动的运动学扰动。
2025-04-30 astro-ph.EP astro-ph.IM
A radiative transfer module for relativistic magnetohydrodynamics in the PLUTO code
我们提出了一个数值实现的相对论辐射流体力学和磁流体力学方程的解决方案，设计为一个独立的模块内的免费提供的代码PLUTO。辐射传输方程的灰色近似下求解，并施加M1封闭，这使得辐射传输处理的自由流动和扩散限制。方程集成后的隐式显式计划，辐射-物质相互作用项集成隐式，而运输和所有剩余的源项显式求解的方式相同的Godunov型求解器包括在PLUTO。其中，我们介绍了一个新的Harten-van Leer接触（HLLC）求解光学薄辐射输运。该代码适用于笛卡尔，球面和圆柱坐标系中的多维计算，使用单处理器或并行架构。自适应网格计算也成为可能，通过CHOMBO库。通过一系列的数值基准，通过调查各种不同的配置，特别强调的行为的解决方案中的自由流动和扩散限制的算法性能证明。
2019-03-25 astro-ph.IM
HERACLES++: A multidimensional Eulerian code for exascale computing
本文介绍面向百亿亿次计算的高可移植欧拉流体动力学代码HERACLES++，支持多维模拟，并验证了其在超新星激波传播模拟中的有效性。
2025-03-25 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.IM
$\texttt{Aether.jl}$ : A High-Performance 3D MHD and Multifluid Dust Code Written in a Dynamic Language with an Interactive Human-AI Development Framework
Kavli Institute for Theoretical Physics, University of California, Santa Barbara（加州大学圣塔芭芭拉分校卡弗里理论物理研究所）
Aether.jl是一款用Julia编写的高性能三维磁流体与多流体尘埃代码，采用交互式人机开发框架，单GPU性能优于C++代码，在Frontier超算4096个GCD上并行效率超93%，支持CPU、GPU运行，已公开。
2026-08-19 astro-ph.IM
A systematic comparison of two-equation RANS turbulence models applied to shock-cloud interactions
湍流模型试图解释流体动力学模拟中未解决的动力学和扩散。我们开发了一个通用的框架，两方程的雷诺平均Navier-Stokes（RANS）湍流模型，我们实现了六个模型的雅典娜代码。我们验证每个实施与标准的亚音速混合层，虽然协议的水平取决于混合层宽度的定义。然后，我们测试每个模型的有效性到超音速制度，可压缩性修正可以提高与实验的一致性。对于具有浮力效应的模型，我们还通过分层介质中Rayleigh-Taylor不稳定性的增长来验证我们的实现。然后将模型应用于无处不在的三维天体物理激波-云相互作用。我们专注于激波和云物质的混合，将湍流模型的结果与高分辨率模拟（每个云半径高达200个单元）和整体平均模拟进行比较。我们发现，湍流模型导致云的扩散和混合增加，虽然没有两个模型预测相同的结果。在分辨率大于100个单元/半径的无粘模拟中也观察到混合增加，这表明湍流混合开始得到解决。
2017-03-25 astro-ph.GA astro-ph.IM physics.flu-dyn
