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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
