M3DIS -- A grid of 3D radiation-hydrodynamics stellar atmosphere models for stellar surveys
本研究基于经典RHD程序、MULTI3D程序与DISPATCH框架开发M3DIS新方法，可高效计算3D恒星大气RHD模型与合成光谱，经太阳观测验证性能，突破3D NLTE光谱学瓶颈，支撑大规模恒星巡天的参数与丰度分析。
2024-07-12 astro-ph.GA astro-ph.IM astro-ph.SR
A Co-Scaling Grid for Athena++ II: Magnetohydrodynamics
本文将Athena++中的共缩放形式化扩展至磁流体力学，基于流动对称性处理膨胀、收缩和质心运动，与上风约束传输方法一致且达到二阶空间精度，在标准测试中相比固定网格提升了结果与效率。
2024-12-20 astro-ph.IM
CASTRO: A New Compressible Astrophysical Solver. I. Hydrodynamics and Self-Gravity
我们提出了一个新的程序，CASTRO，解决天体物理流动，包括自引力，核反应和辐射的多组分可压缩流体动力学方程。CASTRO使用欧拉网格，并结合自适应网格细化（AMR）。我们的AMR方法使用一个嵌套的逻辑矩形网格层次结构，同时在空间和时间上进行细化。CASTRO的辐射部分将在本系列的下一篇文章（第二部分）中详细描述。
2010-05-01 astro-ph.IM
SPROUT: A moving mesh hydro code using a uniformly expanding Cartesian grid
本研究推出公开的运动网格流体力学代码Sprout，采用膨胀笛卡尔网格求解理想流体力学方程，数值扩散低、时间步长更长，适合研究膨胀外流，网格结构简单易扩展，经测试验证了数值方案的精度与性能。
2023-10-06 astro-ph.IM physics.comp-ph
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
Quokka: A code for two-moment AMR radiation hydrodynamics on GPUs
我们提出了Quokka，一个新的子循环的时间，块结构的自适应网格细化（AMR）辐射流体动力学代码优化的图形处理单元（GPU）。Quokka用分段抛物方法（PPM）求解流体动力学方程，并通过局部封闭的可变爱丁顿张量（VET）辐射矩方程处理辐射转移。我们使用AMReX库来处理自适应网格管理。为了最大限度地提高GPU的性能，我们结合显式的时间演化的辐射矩方程与降低光速近似。我们展示了流体力学，辐射和耦合辐射流体力学的广泛测试问题的结果。在单个GPU上的3D均匀网格上，我们的代码每秒可实现> 2.5亿次流体动力学更新和每秒近4000万次辐射流体动力学更新。对于3D均匀网格上的辐射流体力学问题，我们的代码可以从4个GPU扩展到256个GPU，效率为76%。该代码在GitHub上以开源许可证公开发布。
2022-01-30 astro-ph.IM
A fast, robust, and simple implicit method for adaptive time-stepping on adaptive mesh-refinement grids
隐式求解器在超级计算设备上使用时存在很大的局限性，特别是对于自适应网格细化代码。提出了一种基于自适应网格的隐式自适应时间推进方法。我们实现它的辐射流体动力学求解器，我们设计的RAMSES代码的天体物理学的目的，更特别的是，为原恒星坍缩。我们简要回顾了辐射流体力学方程和自适应时间步进方法用于流体动力学求解器。然后，我们介绍了不同类型的边界条件（狄利克雷，诺依曼和罗宾），用于在各级之间的接口，并提出了我们的RAMSES代码中的新方法的实现。经典的扩散和辐射流体动力学测试的方法进行测试，之后，我们提出了一个应用程序的原恒星崩溃。我们表明，使用Dirichlet边界条件在水平接口是一个很好的妥协之间的鲁棒性和准确性，它可以用于结构形成计算。在我们以前的独特的时间步长方法的计算时间的增益范围从5到50的因素取决于自适应时间步长的水平和问题。我们成功地比较了新旧方法的原恒星坍缩计算，涉及高度非线性物理。本文提出了一种简单而稳健的隐式格式自适应时间推进方法。它可以应用于各种各样的物理问题，涉及扩散过程。
2014-01-10 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
Hybrid Radiation Hydrodynamics scheme with gravity tree-based adaptive optimization algorithm
提出一种混合辐射流体力学方案，通过自适应遍历引力树提取伪SPH粒子优化网格构建与映射，在保证准确性的同时显著提升计算效率。
2024-04-25 astro-ph.IM
The Monte Carlo photoionization and moving-mesh radiation hydrodynamics code CMacIonize
我们提出了公开的Monte Carlo光电离和移动网格辐射流体动力学代码CMacIonize，它可以用来模拟周围的年轻O和B星，或其他电离辐射源的HII区域的自洽演化。该代码结合了蒙特卡罗光电离算法，该算法使用氢，氦和几种冷却剂的复杂混合物，以便在任何给定类型下自洽地求解电离和温度平衡，并具有标准的一阶流体动力学方案。该代码可以作为后处理工具运行，以从现有的模拟快照中获得线发射，但也可以用于运行全辐射流体动力学模拟。辐射传输和流体动力学都是以一种通用的方式实现的，这种方式独立于用于离散系统的网格结构，允许它既作为标准的固定网格代码运行，也作为移动网格代码运行。
2018-02-26 astro-ph.IM
MPI-AMRVAC: a parallel, grid-adaptive PDE toolkit
我们报告我们的开源，块网格自适应框架MPI-AMRVAC，这是一个通用的工具包，特别是双曲/抛物偏微分方程（PDE）的最新增加。应用传统上集中在冲击为主，磁化等离子体动力学描述的牛顿或特殊相对论（磁）流体力学，但其通用的设计很容易扩展到不同的PDE系统。在这里，我们展示了涵盖任何维标量到系统偏微分方程的应用，例如Korteweg-de Vries解决方案概括了孤立子行为的早期发现、圆形或方形水池中的浅水应用、流体动力学收敛测试以及具有挑战性的计算流体和等离子体动力学应用。最近增加了一个并行多重网格求解器开辟了新的途径，椭圆约束或刚性源项发挥核心作用。这里通过求解几个多维反应扩散型方程来说明这一点。我们记录的最低要求添加一个新的物理模块由任何非线性PDE系统，使它可以直接受益于代码的灵活性，结合各种时间和空间离散化方案。MPI-AMRVAC通过GitHub分发，可用于在笛卡尔、圆柱或球形坐标系中执行1D、1.5D、2D、2.5D或3D模拟，使用并行域分解或利用完全动态块四叉树-八叉树网格。
2020-04-07 astro-ph.IM physics.comp-ph
Radiation hydrodynamics including irradiation and adaptive mesh refinement with AZEuS. I. Methods
目的。辐射对原行星盘物理结构的重要性不能低估。然而，原行星盘随时间演化，因此要了解盘的演化和关联，盘的结构，应该解决辐射流体动力学的组合和时间相关的方程。方法.我们实现了一个新的隐式辐射求解器在AZEuS自适应网格细化磁流体动力学流体代码。基于一种混合的方法，结合频率相关的射线跟踪恒星辐射与非平衡通量限制扩散，我们解决了辐射流体动力学方程，同时保持恒星辐射的方向性。该实现允许在笛卡尔坐标、圆柱坐标和球面坐标中，在均匀网格和自适应网格上进行模拟。结果我们提出了几个流体静力学和流体动力学的辐射测试，验证我们的实施统一和自适应网格适当的，包括专门为原行星盘设计的基准。我们的研究结果表明，AZEuS的混合辐射算法的组合是一个有效的工具，辐射流体动力学研究，并产生的结果是具有竞争力的其他天体物理辐射流体动力学代码。
2014-11-12 astro-ph.EP astro-ph.IM
GIZMO: A New Class of Accurate, Mesh-Free Hydrodynamic Simulation Methods
我们提出了两种新的拉格朗日方法的流体力学，在一个系统的比较与移动网格，SPH，和固定（非移动）网格方法。新方法的目的是同时捕捉光滑粒子流体动力学（SPH）和基于网格/自适应网格细化（AMR）计划的优点。它们基于耦合到高阶矩阵梯度估计器的体积的核离散化和作用于体积重叠的Riemann求解器。“我们在代码GIZMO中实现并测试了具有自引力和宇宙学积分的方法的并行二阶版本：这保持了精确的质量，能量和动量守恒;与我们研究的所有其他方法相比，表现出优越的角动量守恒;不需要'人工扩散'条款;并允许流体元素随着流动而移动，因此分辨率是自动自适应的。我们考虑了一个大套件的测试问题，并发现在所有的问题上，新的方法出现的竞争力与移动网格计划，具有一定的优势（特别是在角动量守恒），在成本增强噪声。新方法与SPH相比具有许多优点：适当的收敛性，流体混合不稳定性的良好捕获，显着降低的“粒子噪声”和数值粘性，更准确的亚音速流动演化，以及尖锐的激波捕获。相对于非移动网格的优势包括：自动自适应性、显著减少的平流误差和数值混合、速度无关误差、与重力的精确耦合、良好的角动量守恒和消除"网格对齐"效应。例如，我们可以跟踪气体盘的数百个轨道，而AMR和SPH方法只能跟踪几个轨道。然而，固定网格最小化了网格噪声。“这些差异对一系列天体物理问题很重要。
2015-12-13 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.IM
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
Hybrid radiation hydrodynamics scheme with adaptive gravity-tree-based pseudo-particles
针对现有混合辐射流体力学方案在大粒子/网格规模下映射计算成本过高的问题，提出自适应将引力树节点转为伪SPH粒子的优化方法，配套开发相关求解器与热力学程序，结果与基准高度吻合且可实现对应加速。
2025-02-24 astro-ph.IM
Strong Conservation Form and Grid Generation in Nonsteady Curvilinear Coordinates for Implicit Radiation Hydrodynamics in 2D and 3D
本文通过张量分析和微分几何，将隐式守恒数值方法推广到多维，提出强守恒形式，并研究二维和三维中面向问题的自适应网格生成方法。
2012-10-18 astro-ph.IM cs.NA math-ph
GRINN: A Physics-Informed Neural Network for solving hydrodynamic systems in the presence of self-gravity
Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology（加州理工学院喷气推进实验室）；University of Western Ontario（西安大略大学）；Perimeter Institute For Theoretical Physics（圆周理论物理研究所）
本文提出基于PINN的GRINN，以无网格方式模拟三维自引力流体系统，在线性与非线性阶段分别达到1%和5%精度，并显著降低三维计算耗时。
2023-08-15 astro-ph.GA astro-ph.IM astro-ph.SR
