Dynamic mesh refinement for discrete models of jet electro-hydrodynamics
目前，一维流体射流的几种模型都采用了离散元方法。在某些情况下，作为旨在描述聚合物纤维的静电纺丝纳米纤维化过程的模型，离散元方法遭受射流表示的非恒定分辨率。发展了一种动态网格加密方法，用于带电射流电流体动力学行为的离散元数值研究。为此，我们进口的想法和技术，最初开发的框架中的自由能景观模拟的字符串方法。网格细化离散元法的情况下，静电纺丝应用程序。
2016-05-27 physics.comp-ph physics.flu-dyn
A Diffuse Interface Model of Reactive-fluids and Solid-dynamics
本文提出了一种多物理场方法，用于物理系统的数值模拟，涉及多相反应流体和弹塑性固体的非线性相互作用，引起高应变率和高变形。每种物质状态都由一个非线性、非齐次偏微分方程组成的单一系统来控制，这些方程在同一个计算网格上同时求解，并且不需要对浸入边界进行特殊处理。为此，固体和反应多相流体力学的控制方程以相同的数学形式编写，并在规则的笛卡尔网格上离散化。所有的相和材料边界被视为扩散界面。在材料边界处采用界面陡峭化技术，以保持界面尖锐，同时保持系统的守恒特性。这些算法实现在一个高度并行化的分层自适应网格细化平台，并验证和验证使用数值和实验基准。结果表明非常好的协议与实验和改进的数值性能相比，某些现有的欧拉方法，而不损失的守恒。
2021-05-21 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Mesh-free hydrodynamics in PKDGRAV3 for galaxy formation simulations
我们扩展了国家的最先进的N-体代码PKDGRAV 3的包含无网格气体流体动力学的宇宙学模拟。两个新的流体动力学求解器已经实现，无网格有限体积和无网格有限质量方法。求解器明显地保持了质量、动量和能量守恒，并且已经通过了包括宇宙学模拟在内的各种标准测试模拟的验证。我们还介绍了PKDGRAV 3已实施的水动力学模拟的改进。这些变化是在考虑到效率和模块化的情况下做出的，为实现星系形成和演化物理所需的模块以及将来移植到GPU提供了坚实的基础。代码在公共存储库中发布，同时发布的还有文档和本工作中提供的所有测试模拟。
2022-11-22 astro-ph.GA astro-ph.IM physics.comp-ph
A multi-component discrete Boltzmann model for nonequilibrium reactive flows
本文提出了一种适用于预混、非预混或部分预混非平衡反应流的多组分离散Boltzmann模型。该模型适用于有或无化学反应和/或外力的亚音速和超音速流动。建立了DBM的二维十六速模型。在流体动力学极限下，DBM恢复了力场中反应物质的修改后的纳维-斯托克斯方程。与标准格子Boltzmann模型相比，DBM不仅提供了更精确的流体力学量，而且提供了详细的非平衡效应，这些非平衡效应是必不可少的，但长期被传统流体动力学所忽视。除了非平衡项（粘性应力和热通量）在传统的模型中，具体的流体动力学和热力学非平衡量（高阶动力学矩和它们从平衡的偏离）动态地从DBM在一个简单的方式获得。由于其通用性，所开发的方法适用于许多能源技术，减排，环境保护，采矿事故预防，化学和加工行业的广泛现象。
2020-06-29 physics.comp-ph physics.flu-dyn
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 general relativistic extension to mesh-free methods for hydrodynamics
对引力波的探测为天文学开启了一个新时代，允许结合使用引力波和电磁辐射来直接探测仍然知之甚少的致密物体的物理学。到目前为止，这些来源的理论建模主要依赖于标准的数值技术，如基于网格的方法或光滑粒子流体动力学，只有少数最近尝试使用新技术，如移动网格计划。在这里，我们介绍了一个广义相对论扩展的无网格流体动力学计划的代码GIZMO，这得益于使用黎曼求解器，并在同一时间完美地保存角动量由于广义蛙跳积分计划。我们基准我们的实施对许多标准的相对论流体力学测试，无论是在一个或三个维度，并测试保持平衡的解决方案的托尔曼-奥本海默-托洛霍夫紧凑型恒星的能力。在所有的测试中，代码表现非常好，至少可以与其他数值技术相媲美。
2023-01-04 astro-ph.IM gr-qc physics.comp-ph
A multi-physics methodology for the simulation of the two-way interaction of reactive flow and elastoplastic structural response
我们提出了一种数值模拟的不同的，相互作用的物理过程描述的组合的可压缩，惰性和反应形式的欧拉方程，多相方程和弹塑性方程的数值方法。这些方程组通常通过耦合有限元和CFD模型来求解。在这里，我们同时解决他们，通过重铸所有的方程在同一个，双曲型，并解决他们在同一个网格上使用相同的有限体积数值格式。所提出的可压缩，多相，流体动力学配方可以采用五个反应和非反应流模型的层次结构，这使得简单到更复杂的应用程序直接描述的适当的选择。流体动力学和弹塑性系统之间的通信是通过混合材料的黎曼解算器在系统的边界，这代表物理材料的边界。为此，我们推导出近似的混合黎曼解的特征方程的基础上，上述模型的每一对。反应流和弹塑性实体建模的组件分别进行验证，然后才提出完整的，耦合系统的验证。多维用例证明了反应流-固体相互作用方法在汽车（例如汽车碰撞）或防御（例如爆炸反应装甲）应用中由于剧烈反应而导致的反应流和结构响应的冲击驱动引发的背景下的适用性。考虑了气态、液态和固态的几种爆炸物（C4、Deetaslane、硝基甲烷、气体燃料）。
2017-10-04 physics.comp-ph physics.flu-dyn
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
Improving the staggered grid Lagrangian hydrodynamics for modeling multi-material flows
本文对交错网格流体动力学（SGH）拉格朗日格式进行了两点改进，并在三角形网格上模拟了二维可压缩多物质流。第一个改进是构造了一个动态局部网格重划方案，以防止网格变形。网格重划方案与许多已发表的算法相似，只是它引入了一些特殊的操作来处理多材料界面周围的网格。这使得模拟极端变形和拓扑可变的多材料过程成为可能，例如重流体浸入轻流体的完整过程。第二个改进是在网格的每个边缘上构造一个类似欧拉的流动来计算“边缘弯曲”效应，从而减轻拉格朗日模拟中普遍存在的“棋盘”振荡，特别是基于三角形网格的模拟。采用改进的交错网格拉格朗日水动力方法对几个典型的水动力问题进行了数值模拟，以检验其性能。
2017-07-07 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Efficient smoothed particle radiation hydrodynamics II: Radiation hydrodynamics
通过算子分裂辐射和流体力学项，包括物质运动的必要项，并在时间和空间上分别离散方程组，导出了光滑粒子流体动力学的辐射流体动力学方程。在本系列的第一篇论文中讨论的隐式辐射转移耦合到显式光滑粒子流体动力学。其结果是一个多材料无网格辐射流体动力学代码与任意的不透明度和状态方程，表现良好的问题与显着的材料运动。该代码收敛与二阶精度在空间和一阶精度在时间上的Lowrie辐射冲击问题的半解析解，并具有竞争力的性能相比，基于网格的辐射流体力学代码的多材料问题在二维和三维的消融问题的启发惯性约束聚变。
2020-11-17 physics.comp-ph
TESS: A Relativistic Hydrodynamics Code on a Moving Voronoi Mesh
我们推广了一种方法的数值解的双曲型方程组使用动态Voronoi镶嵌的计算域。Voronoi曲面细分用于生成移动计算网格，用于求解有限体积形式的多维守恒律方程组。网格生成点可以以任意速度自由移动，选择零速度导致欧拉公式。以局部流体速度移动点使公式有效地拉格朗日化。我们编写了TESS程序，在动态Voronoi网格上求解相对论和非相对论流体的可压缩流体动力学和磁流体动力学方程。在拉格朗日模式下运行时，TESS的扩散性明显低于固定网格代码，因此可以高精度地保留接触不连续性，同时还可以准确地捕获强冲击波。TESS是针对笛卡尔、球面和柱面坐标编写的，并且是模块化的，使得辅助物理求解器容易地集成到TESS框架中，并且使得TESS框架可以容易地适于求解一般方程组。我们提出了一系列的测试问题的结果，以证明TESS的性能，并强调一些优势的动态曲面细分方法解决天体物理流体动力学的挑战性问题。
2011-11-08 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
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
Physics-informed neural networks for two-dimensional wall-reactive solute dispersion in canonical shear flows
SRM Institute of Science and Technology（SRM科学与技术研究所）；University of Galway（高威大学）；National Taiwan University（台湾大学）
该研究提出PINN框架，用于模拟典型剪切流中二维壁面反应性溶质弥散，经ADI有限差分基准验证，可准确捕捉不同反应区域的溶质输运特性，为边界耦合反应性输运分析提供新工具。
2026-08-04 math-ph math.MP physics.comp-ph
Arepo-MCRT: Monte Carlo Radiation Hydrodynamics on a Moving Mesh
我们提出了Arepo-MCRT，一种新的蒙特卡罗辐射转移（MCRT）辐射流体动力学（RHD）求解器的非结构化移动网格代码Arepo。我们的方法是专为一般的多重散射问题，在光学薄和厚的条件。我们整合了许多效率改进和降噪计划，以帮助克服通常会抑制收敛的效率障碍。这些包括连续吸收和能量沉积，光子加权和亮度提升，本地包合并和分裂，基于路径的统计估计，保守（面为中心）的动量耦合，时间步长之间的自适应收敛，隐式蒙特卡罗算法的热发射，和离散扩散蒙特卡罗技术未解决的散射，包括一个新的平流计划。我们主要集中在我们的实施和讨论的优点和缺点，我们的方法在各种天体物理环境的独特方面。最后，我们考虑几个测试应用，包括悬浮的光学厚层的气体被困红外辐射。我们发现，初始加速阶段和振兴二次风连接通过RHD耦合的自我调节，使RHD方法的准确性和模拟分辨率每个留下重要的印记的长期行为的气体。
2020-11-11 astro-ph.GA physics.comp-ph
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
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
H3PC: Hypersonic, High-Order, High-Performance Code with Adaptive Mesh Refinement and Real Chemistry
organization= Division of Applied Mathematics, 182 George Street, Brown University , city= Providence ,state= RI , postcode= 02912 ,country= USA
H3PC是一种基于不连续伽辽金谱元方法的高性能代码，用于模拟超音速流动，并结合自适应网格细化和真实化学模型提高计算精度。
2025-11-12 physics.comp-ph physics.flu-dyn
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
Collisionless Stellar Hydrodynamics as an Efficient Alternative to N-body Methods
对于只处理暗物质或恒星系统的模拟，传统的N体技术速度快，内存效率高，实现相对简单。然而，当包括气体物理的影响，网格代码是在一个明显的劣势相比，SPH。虽然在SPH程序中实现N体方法是相当微不足道的，但网格程序中用于将无碰撞恒星和暗物质耦合到网格上的气体的粒子网格技术具有一系列重大的科学和技术限制。这些问题包括离散性效应导致的伪熵生成、负载平衡差和通信开销增加，这些都破坏了大规模并行网格代码的良好伸缩性。我们建议使用的碰撞玻尔兹曼矩方程作为一种手段来模拟无碰撞的材料作为一种流体的网格上，实现到大规模并行FLASH AMR代码。这种方法，我们称之为“无碰撞恒星流体动力学”，使我们能够摆脱粒子网格的方法。由于并行化方案与用于流体动力学的方案相同，因此它保留了已经在千万亿次浮点机上演示的FLASH代码的出色缩放。我们发现经典的流体动力学方程和玻尔兹曼矩方程可以调和在特定条件下，使我们能够生成解析解的碰撞系统使用传统的测试问题。我们确认我们的方法的有效性，使用一套苛刻的测试问题，包括使用修改后的Sod冲击试验。最后，我们展示了我们的代码模拟复杂现象的能力，通过模拟螺旋星系的演化，其性质与摆动放大理论预测的一致。（节录）
2012-10-18 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.IM
Mesh-Free Hydrodynamic Stability
University of California San Diego（加州大学圣地亚哥分校）
本研究提出基于PHS+poly的无网格RBF-FD方法，构造线性化Navier-Stokes算子，通过稳定性分析确定最优参数，经多类算例验证与文献结果吻合，为流动模态与非模态增长提供新见解。
2023-08-13 physics.comp-ph physics.flu-dyn
A conservative Godunov-type mesh-free hydrodynamics scheme for weakly compressible multiphase flows
Technical University of Munich (TUM)（慕尼黑工业大学）；Munich Institute of Integrated Materials, Energy and Process Engineering (MEP), Technical University of Munich (TUM)（慕尼黑工业大学集成材料、能源和工艺工程研究所）
提出一种保守型Godunov类无网格格式，通过二阶重构、HLLC求解器及界面切向松弛机制，实现弱可压缩多相流的高精度模拟，并在多个基准测试中验证了其有效性。
2026-09-15 physics.comp-ph physics.flu-dyn
A GPU-based Hydrodynamic Simulator with Boid Interactions
New York University（纽约大学）
该系统结合并行SPH流体模型与分布式boid智能体模型，实现智能体与流体双向交互，并利用GPU并行marching cubes实时重建水面网格，适用于水下导航等场景。
2023-11-25 cs.AR cs.LG physics.comp-ph
Physically consistent immersed boundary method: a framework for predicting hydrodynamic forces on particles with coarse meshes
本文提出一种物理一致的浸入边界方法（PC-IBM），通过体积过滤推导并兼容大涡模拟，在粗网格下准确预测颗粒流体动力，阻力偏差小于10%。
2024-06-07 physics.comp-ph physics.flu-dyn
High Order Lagrangian ADER-WENO Schemes on Unstructured Meshes - Application of Several Node Solvers to Hydrodynamics and Magnetohydrodynamics
University of Trento（特伦托大学）；University of Notre Dame du Lac（圣母大学）
本文提出高阶ADER-WENO方案用于无结构网格求解双曲守恒定律，通过三种节点求解器比较，实现空间和时间五阶精度，并验证了其在流体动力学和磁流体动力学中的应用效果。
2013-10-27 cs.NA math.NA physics.comp-ph
Numerical simulations of surf zone wave dynamics using Smoothed Particle Hydrodynamics
在这项研究中，我们研究了无网格拉格朗日粒子方法（平滑粒子流体动力学，SPH）模拟碎波区内溢出和倾入破碎波产生的详细流体动力学过程的能力。弱可压缩SPH代码DualSPHysics被施加到两个不同的测深剖面（一个平面海滩和边缘礁），并比较实验水槽测量的波浪，流量和平均水位的波浪破碎模拟。尽管模拟跨越了非常不同的波浪破碎条件（包括在有效干燥的礁坡上剧烈俯冲的波浪的极端情况），该模型能够使用一组固定的数值参数再现广泛的相关碎波区水动力过程。这包括对波浪形状的非线性演变的准确预测（例如，不对称性和偏斜性）、碎波区内的波浪耗散率和波浪建立分布。通过使用这种无网格的方法，该模型能够解决破碎波内的临界波峰区域，这提供了可靠的预测波引起的质量通量内的碎波区负责的底流。在该破碎波峰区域内，模型结果捕获了有组织波动的势能最初如何转换为动能，然后消散，这再现了负责在碎波区产生波浪的波浪力分布。总体而言，结果揭示了无网格SPH方法如何能够准确地再现详细的波浪破碎过程，并具有与最先进的基于网格的计算流体动力学（CFD）模型相当的技能，因此可以应用于提供有价值的新的物理洞察碎波区动力学。
2020-02-03 physics.ao-ph physics.comp-ph physics.flu-dyn
Review on Smoothed Particle Hydrodynamics: Methodology development and recent achievement
本文综述SPH方法在理论修正、Riemann求解、邻域搜索、拉格朗日格式、流固耦合及粒子生成等方面的最新进展，并以基准测试验证其性能。
2022-05-06 physics.comp-ph
