Observing gas and dust in simulations of star formation with Monte Carlo radiation transport on Voronoi meshes
来自大质量恒星的电离反馈极大地影响了恒星形成区域的星际介质。数值模拟现在开始包括足够的复杂性，以产生与观测结果相差不大的形态和气体性质。然而，流体动力学模拟产生的密度场与给定波长下的观测结果之间的比较依赖于光电离/化学和辐射转移计算。在这里，我们提出了一个实施的Monte Carlo辐射输运通过Voronoi镶嵌在光电离和尘埃辐射转移代码MOCASSIN。我们第一次显示了合成光谱和合成发射线地图的流体动力学模拟的分子云大规模恒星反馈的影响。我们表明，以前的工作的基础上，重新映射到笛卡尔网格流体动力学密度场的方法，然后进行辐射转移/光电离计算，结果在该地区的温度和电离结构的显着错误。此外，我们描述了跟踪光子能量包通过Voronoi曲面细分，包括优化，处理有问题的情况下，边界条件的数学过程。我们使用原始版本的MOCASSIN和修改后的版本，使用Voronoi细分进行各种基准测试。我们发现，对于均匀的网格，或相当于一个立方晶格的细胞生成点，新的Voronoi版本给出了相同的结果，原来的笛卡尔网格版本的MOCASSIN的所有基准。对于非均匀的初始条件，如使用快照从平滑粒子流体动力学模拟，我们表明，Voronoi版本比笛卡尔网格版本的性能更好，从而在密集区域更好的分辨率。
2015-11-16 astro-ph.IM astro-ph.SR
Fast and accurate Voronoi density gridding from Lagrangian hydrodynamics data
Voronoi网格已成功地用于天文流体力学模拟中气体的密度结构。虽然一些代码是明确地围绕使用Voronoi网格构建的，但其他代码（如平滑粒子流体动力学（SPH））使用基于粒子的表示，并且可以从构建Voronoi网格中受益，以便对其输出进行后处理。到目前为止，从SPH数据计算每个Voronoi单元的密度已经用数值方法完成，这既缓慢又可能不准确。本文提出了一种快速、准确的替代分析方法。我们推导出一个表达式的三次样条核的体积上的Voronoi细胞的积分，并将其连接到细胞的密度。质量守恒是严格保证的程序。该方法可以更广泛地应用于球对称多项式函数在随机多面体上的积分。
2017-10-20 astro-ph.CO astro-ph.EP astro-ph.GA
Grid Noise in Moving Mesh Codes: Fixing The Volume Inconsistency Problem
目前基于Voronoi的移动网格编码存在网格噪声问题。我们确定这种噪声的原因是体积不一致的错误，其中细胞之间转移的体积与流体动力学计算不一致。结果，代码不实现二阶收敛。在本文中，我们描述了如何一个简单的修复允许Voronoi为基础的移动网格代码，以达到二阶收敛。修正是基于这样的理解，即单元之间交换的体积应该与流体动力学计算一致。我们用三个测试问题对我们的修复进行了基准测试，并表明它可以显着提高计算精度。我们还研究了初始网格初始化的影响，并提出了一个改进的模型，基于格林高斯梯度估计。
2016-03-18 astro-ph.IM physics.comp-ph
A Moving Mesh Hydrodynamic Solver for ChaNGa
我们描述的结构和实现的移动网格流体动力学求解器的大规模并行代码，魅力N体GrAvity求解器（ChaNGa）。虽然很大程度上基于Springel（2010）描述的算法，该算法在AREPO中实现，但我们的算法在几个方面有所不同。我们描述了我们使用的Voronoi曲面细分库，VORO++，直接计算Voronoi曲面细分。我们还结合了一些最新的进展，梯度估计和重建，以最小的计算成本提供更好的精度在流体动力学解决方案。我们验证了这个模块与一个小电池的测试问题对光滑粒子流体动力学求解器包括在ChaNGa。最后，我们研究了一个科学问题的一个例子，涉及合并的两个主序星，并强调光滑粒子和移动网格流体力学之间的小的定量差异。最后，我们讨论了预期的未来改进和进步。
2017-07-17 astro-ph.IM astro-ph.SR
From particles to precision. Simulating subsonic turbulence with Smoothed Particle Hydrodynamics
University of Basel（巴塞尔大学）；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）；Universität Heidelberg（海德堡大学）；Swiss National Supercomputing Center (CSCS)（瑞士国家超级计算中心）；University of Zürich（苏黎世大学）
本文展示SPH-EXA代码能克服传统SPH模拟亚音速湍流的挑战，实现与AREPO和GIZMO等先进非SPH代码相当的精度，尤其在亚音速范围内表现出良好的Kolmogorov惯性范围标度特性。
2026-07-07 astro-ph.CO astro-ph.IM
Balancing the load: A Voronoi based scheme for parallel computations
数值模拟在科学中的应用越来越多，计算量也越来越大。在许多情况下，单处理器不再足够，模拟在多核机器或超级计算机上运行。在多个CPU上运行仿真时的一个关键问题是在整个运行过程中保持适当的负载平衡，并最大限度地减少CPU之间的通信。我们提出了一种新的方法，利用Voronoi图实现一个近乎完美的负载平衡，而不需要任何全球重新分配的数据。作为一个演示案例，我们实现了我们的方法在丰富的，2D移动网格流体动力学代码，但它可以平凡地扩展到其他代码在2D或3D。我们的测试表明，这种方法确实是有效的，可以用于各种现有的流体动力学代码以及其他应用程序。
2014-12-16 astro-ph.IM physics.comp-ph physics.flu-dyn
Voronoi binning: Optimal adaptive tessellations of multi-dimensional data
我们回顾了Voronoi分箱技术（Cappellari和Copin 2003）的概念，该技术最佳地解决了保持一般二维数据的最大空间分辨率的问题，给出了对最小信噪比（S/N）的约束。这是通过使用具有近六边形晶格的Voronoi镶嵌以自适应方式划分数据来实现的。我们回顾天体物理应用的方法，X射线数据，积分场光谱，法布里-珀罗干涉，N体模拟，标准图像和其他定期或不定期采样的数据。与自适应平滑不同的是，Voronoi分箱产生的地图可以直观地评估数据中的噪声，并可以识别虚假的伪影。该方法可用于根据任何一般标准而不仅仅是S/N对数据进行分组。它可以应用于更高的维度，它可以用来生成最佳的自适应网格的数值模拟。
2009-12-07 astro-ph.IM
Reducing noise in moving-grid codes with strongly-centroidal Lloyd mesh regularization
本文介绍了一种改进使用移动Voronoi网格的流体动力学代码精度的方法。我们的计划是基于一个新的正则化方案，约束网格的质心，以高精度，同时仍然允许细胞移动近似与当地的流体速度，从而保留了准拉格朗日性质的方法。我们的正则化技术显着减少网格噪声，这是由于网格拓扑结构的变化和网格规则性的偏差。我们证明了我们的方法在各种测试问题上的优势，并特别注意到在处理剪切不稳定性，混合和角动量守恒方面取得的改进。绝热射流中的剪切激发Kelvin Helmholtz不稳定性的计算表明，减少网格噪声和熵产生。相比之下，孤立盘星系的坍缩和形成的模拟几乎不受影响，这表明由于正则化的选择而导致的数值误差不会影响这种情况下的结果。
2015-03-26 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.IM
MadVoro: Parallel Construction of Voronoi Diagrams in Distributed Memory Systems
School of Computer Science and Engineering, The Hebrew University（希伯来大学计算机科学与工程学系）；Racah Institute of Physics, The Hebrew University（希伯来大学拉卡物理研究所）
本文提出了一种在分布式内存系统中并行构建Voronoi图的新算法MadVoro，利用Delaunay三角剖分作为中间步骤，并实现了精确构建和负载平衡，运行时间优于现有框架。
2025-11-04 astro-ph.IM cs.CG cs.DC
Accurately simulating anisotropic thermal conduction on a moving mesh
我们提出了一种新的实现的极值保持各向异性扩散求解器的热传导的非结构化移动Voronoi网格的AREPO代码。该方法依赖于分裂成正常和倾斜分量的单侧刻面通量，与倾斜通量被限制，使得总通量是局部保守和极值保持。该方法利用调和平均点和一个简单，强大的插值方案，以及强异质性和各向异性扩散问题。此外，所需的离散化模板很小。高效的全隐式和半隐式时间积分方案也实现了。我们进行了几个数值试验，评估该计划的稳定性和准确性，包括应用程序，如点爆炸与热传导和计算对流不稳定性进行等离子体。新的实现是适合于研究重要的天体物理现象，如在星系团，超新星遗迹的演化，或从黑洞驱动的喷流到团内介质的热量分布的传导热输运。
2015-12-09 astro-ph.CO astro-ph.IM
Magnetohydrodynamics on an unstructured moving grid
磁场在天体物理学中起着重要的作用，其范围广泛，从太阳和致密天体到星系和星系团。在这里，我们讨论了一种新的实现理想磁流体动力学（MHD）的移动网格代码AREPO结合了许多优点的欧拉和拉格朗日方法在一个单一的计算技术。所采用的网格被定义为一组网格生成点的Voronoi镶嵌，这些网格生成点可以随着流动而移动，从而产生网格的自动自适应性和对流误差的大幅减少。我们的方案解决了MHD黎曼问题的Voronoi接口的休息框架使用HLLD黎曼求解器。为了满足磁场在多个维度上的发散约束，应用Dedner发散清理方法。在一组标准的测试问题，我们表明，新的代码产生准确的结果，并保持足够小的磁场的发散，密切保持正确的物理解决方案。我们也适用于两个第一个应用程序的问题，即超音速MHD湍流和球形崩溃的磁化云。我们验证的代码是能够很好地处理这两个问题，证明了这种MHD版本的AREPO在天体物理学中的广泛的问题的适用性。
2011-08-08 astro-ph.IM
SPRAI: Coupling of radiative feedback and primordial chemistry in moving mesh hydrodynamics
本文介绍了一个新的辐射转移程序SPRAI（SimplePhotonRadiationintheArepo Implementation）。这种方法最初只用于后处理，现在直接集成到Arepo代码中，并利用其自适应非结构化网格。辐射光子从源通过特定立体角内的一系列Voronoi气室传输。从光子衰减，我们得到相应的光子通量和电离率，并将它们馈送到原始化学模块。这为我们研究原生气体中电离源引起的动力学和化学过程提供了一种自洽的方法。由于SimpleX方法的计算成本不直接与源的数量成比例，因此它便于研究可能形成多个电离源的原始恒星形成晕等系统。
2017-11-07 astro-ph.GA astro-ph.IM astro-ph.SR
General Relativistic Hydrodynamics on a Moving-mesh I: Static Spacetimes
我们提出了有史以来第一个移动网格广义相对论流体动力学求解器的静态时空的代码，MANGA。我们的实现建立在MANGA和数值相对论Python包NRPy+的架构上。我们审查的一般算法来解决这些方程，特别是，详细的时间步进;黎曼解决方案在移动面;原始和保守变量之间的转换;验证和校正的流体动力学变量;和映射的度量到Voronoi移动网格网格。本文给出了一个未磁化的Tolman-Oppenheimer-Schmidoff星24个动力学时间的数值积分的测试结果。我们证明，在$10^6$网格生成点的分辨率下，恒星是稳定的，其中心密度在此时间尺度上向下漂移了2%。在较低的分辨率下，中心密度漂移以与所采用的二阶空间重建方案一致的方式增加。这些结果与精确解吻合得很好，我们发现错误行为类似于二阶空间重构的欧拉码。我们还证明，新的代码恢复的基本模式频率相同的TOV星，但其初始压力下降了10
2020-05-28 astro-ph.IM gr-qc physics.comp-ph
Time Dependent Radiation Hydrodynamics on a Moving Mesh
我们描述的结构和实现的辐射流体动力学求解器MANGA，移动网格流体动力学模块的大规模并行代码，魅力N体引力求解器（ChaNGa）。我们按照Jiang等人（2014）的算法，使用降低的光速近似来求解时间相关的辐射转移方程。通过将辐射转移方程写成广义守恒方程，我们在非结构化Voronoi网格上求解了这些方程的传输部分。然后，我们使用隐式求解器求解遵循Jiang等人（2014）的辐射转移方程的源部分，并将其耦合到流体动力学方程。隐式求解器的使用确保了可靠的收敛性，并保持了这些方程的守恒性质，即使在源项是刚性的情况下，由于辐射和物质之间的小耦合时标。我们提出了有限数量的测试用例（能量守恒，动量守恒，动态扩散，线性波，交叉光束，和多个阴影）的结果，以显示收敛与分析结果和数值稳定性。我们还表明，它产生定性的正确结果，在光学薄的情况下，在存在多个源。
2020-02-25 astro-ph.HE astro-ph.IM
Smoothed particle magnetohydrodynamics with the geometric density average force expression
提出了一种基于几何密度平均力表达式（GDSPH）的磁流体力学（MHD）方法。GDSPH最近被证明可以减少主阶误差，并大大提高密度不连续附近的精度，消除表面张力的影响。在这里，我们扩展研究，探讨如何SPMHD从这种方法中受益。我们实现了理想的MHD在Gasoline 2和Changa代码与GDSPH和传统的SPH（TSPH）计划。该方法采用双曲型发散清理方案控制发散误差，并采用耗散最小的人工电阻率开关。我们测试的代码与一个大套件的MHD测试，并表明，在所有的问题的结果是可比的或改进以前的SPMHD实现。虽然GDSPH和TSPH在相对平滑或高度超声速流中表现良好，但GDSPH在存在强间断和大动态尺度时表现出显著的改进。特别是，当应用到一个天体物理问题的磁化云的崩溃，GDSPH现实地捕捉到的磁塔和喷气发动机在弱场制度的发展，并表现出快速收敛的分辨率，而TSPH未能做到这一点。我们的新方法显示出定性相似的结果，从无网格有限质量/体积（MFM/MFV）计划内的Gizmo代码，同时保持计算成本较低。
2020-07-30 astro-ph.IM
