丹尼尔·雷诺兹。;约翰·海耶斯(John C.Hayes)。;帕斯卡·帕斯科;迈克尔·诺曼。 宇宙辐射流体动力学和化学电离的自洽解。 (英语) Zbl 1173.76033号 J.计算。物理学。 228,第18号,6833-6854(2009). 摘要:我们考虑一个PDE系统,该系统包含可压缩流体力学、通量限制扩散辐射传输和宇宙膨胀宇宙中的化学电离动力学。在算子分裂框架下,宇宙流体动力学方程通过分段抛物线方法求解,如Enzo社区流体动力学代码中所实现的。模型的其余部分,包括辐射输运、化学电离动力学和气体能量反馈,形成了一个刚性耦合的PDE系统,我们使用完全隐式不精确牛顿方法求解,这也是本文的关键。使用Schur补码公式求解内线性牛顿系统,并对内Schur系统使用多重网格条件共轭梯度解算器。我们描述了这种方法,并提供了一系列测试问题的结果,证明了它们的准确性、健壮性和对非常大的问题的可伸缩性。 引用于1文件 MSC公司: 76M20码 有限差分方法在流体力学问题中的应用 76N15型 气体动力学(一般理论) 76X05型 电磁场中的电离气体流动;浆状流 76伏05 流动中的反应效应 关键词:分段抛物线法;完全隐式不精确牛顿法;舒尔补语;多重网格条件下的共轭梯度求解器 软件:ENZO公司;GADGET公司;炒作;凯利 PDF格式BibTeX公司 XML格式引用 \textit{D.R.Reynolds}等人,《计算杂志》。物理学。228,第18号,6833--6854(2009;Zbl 1173.76033) 全文: DOI程序 arXiv公司 参考文献: [1] 巴尔卡纳,R。;Loeb,A.,星系间介质的物理学和早期历史,《物理学进展报告》,70227-657(2007) [2] 诺曼,M.L。;Bryan,G.L。;Harkness,R。;Bordner,J。;Reynolds,D.R。;奥谢,B。;Wagner,R.,(Petascale Computing:Algorithms and Applications.PetascaleComputing:Algoritoms and Applications,Simulating Cosmological Evolution with Enzo(2007),CRC出版社) [3] Springel,V.,宇宙模拟代码GADGET-2,MNRAS,3641105-1134(2005) [4] 伊利耶夫,I.T。;Ciardi,B。;Alvarez,医学硕士。;马塞利,A。;费拉拉,A。;纽约州格尼丁。;梅勒马,G。;Nakamoto,T。;诺曼,M.L。;Razoumov,A.O。;Rijkhorst,E.-J。;Ritzerveld,J。;夏皮罗,P.R。;Susa,H。;Umemura,M。;Whalen,D.J.,《宇宙学辐射传输代码比较项目-I.静态密度场测试》,MNRAS,371,1057-1086(2006) [5] 梅勒马,G。;伊利耶夫,I.T。;Alvarez,医学硕士。;Shapiro,P.R.,《(C^2)射线:电离辐射光守恒传输的新方法》,新a,11,374-395(2006) [6] Susa,H。;Umemura,M.,《宇宙再电离期间矮星系的形成》,ApJ,600,1-16(2004) [7] Whalen,D。;Norman,M.L.,宇宙电离前沿和电离流辐射流体动力学传输的多步骤算法,ApJ,162,Suppl.,281-303(2006) [8] Rijkhorst,E.-J。;Plewa,T。;A.杜比。;Mellema,G.,混合特性:平行自适应网格细化流体动力学的三维辐射传输,A&A,452907-920(2006) [9] 马塞利,A。;费拉拉,A。;Ciardi,B.,CRASH:辐射传输方案,MNRAS,345379-394(2003) [10] 塞梅林,B。;Combes,F。;Baek,S.,《再电离时代的Lyman-alpha辐射传输:对21厘米信号波动的贡献》,A&A,474365-374(2007) [11] 纽约州格尼丁。;Abel,T.,采用可变爱丁顿张量形式的多维宇宙学辐射传输,新a,61437-455(2001) [12] 海耶斯,J.C。;Norman,M.L.,《超越通量限制扩散:多维辐射流体动力学的并行算法》,ApJ,147,Suppl.,197-220(2003) [13] P.Paschos,M.L.Norman,J.O.Bordner,R.Harkness,类星体对IGM的后期再加热:氦二再电离的辐射流体动力学模拟,ArXiv e-prinsarXiv:0711.1904。;P.Paschos,M.L.Norman,J.O.Bordner,R.Harkness,类星体对IGM的后期再加热:氦二再电离的辐射流体动力学模拟,ArXiv e-prinsarXiv:0711.1904。 [14] Bryan,G.L。;诺曼,M.L。;斯通,J.M。;岑·R。;Ostriker,J.P.,宇宙流体动力学的分段抛物线方法,Comp。物理学。社区。,89, 149-168 (1995) ·Zbl 0923.76200号 [15] P.Paschos,《关于星系间介质的电离和化学演化》,伊利诺伊大学香槟分校博士论文,2005年。;P.Paschos,《关于星系间介质的电离和化学演化》,伊利诺伊大学香槟分校博士论文,2005年。 [16] Abel,T。;Anninos,P。;Zhang,Y。;Norman,M.L.,《数值宇宙学中的原始气体建模》,新A,2181-207(1997) [17] Hui,L。;格尼丁,纽约,光电离星系间介质的状态方程,MNRAS,292,27-42(1997) [18] R.W.Hockney,J.W.Eastwood(编辑),《使用粒子的计算机模拟》,1988年。;R.W.Hockney,J.W.Eastwood(编辑),《使用粒子的计算机模拟》,1988年·Zbl 0662.76002号 [19] M.L.Norman、G.L.Bryan,《宇宙学自适应网格细化》,载于:S.M.Miyama、K.Tomisaka、T.Hanawa(编辑),《数值天体物理学、天体物理学和空间科学图书馆》,第240卷,1999年,第19-28页。;M.L.Norman、G.L.Bryan,《宇宙学自适应网格细化》,载于:S.M.Miyama、K.Tomisaka、T.Hanawa(编辑),《数值天体物理学、天体物理学和空间科学图书馆》,第240卷,1999年,第19-28页。 [20] 奥谢,B.W。;布莱恩,G。;鲍德纳,J.O。;诺曼,M.L。;Abel,T。;Harkness,R。;Kritsuk,A.,(自适应网格精化-理论与应用,计算科学与工程课堂讲稿。自适应网格精练-理论与运用,计算科学和工程课堂讲义,Enzo简介,AMR宇宙学应用(2004),Springer) [21] 海耶斯,J.C。;诺曼,M.L。;费德勒,R.A。;J.O.Bordner。;李,P.S。;克拉克,S.E。;ud-Doula,A。;Low,M.-M.M.,用ZEUS-MP模拟多维辐射和磁化流,ApJ,165,Suppl.,188-228(2006) [22] 豪厄尔,L.H。;Greenough,J.A.,自适应网格细化的多流体欧拉流体动力学辐射扩散,J.Comp。物理。,184, 53-78 (2003) ·Zbl 1118.76347号 [23] 布莱克,J.,《原始星系间云的物理状态》,周一。不是。R.阿斯特。《社会学杂志》,197553-563(1981) [24] Osterbrock,D.E.,《气体星云和活动星系核的天体物理学》(1989),大学科学图书:加利福尼亚州密尔谷大学科学图书 [25] Cen,R.,《宇宙学的流体动力学方法:方法论》,ApJ,78,Suppl.,341(1992) [26] Razoumov,A.O。;诺曼,M.L。;Abel,T。;Scott,D.,《三维辐射转移的宇宙氢再电离》,ApJ,572695-704(2002) [27] Levermore,C.D.,《将爱丁顿因子与通量限制器联系起来》,J.Quant。光谱学。辐射。转让,31,2149-160(1984) [28] 利弗莫尔,C.D。;Pomraning,G.C.,通量限制扩散理论,ApJ,248,321-334(1981) [29] 科尔拉,P。;Woodward,P.R.,用于气体动力学模拟的分段抛物线方法(PPM),J.Comp。物理。,54, 174-201 (1984) ·Zbl 0531.76082号 [30] Enzo代码项目页面<http://lca.ucsd.edu/portal/software/enzo>; Enzo代码项目页面<http://lca.ucsd.edu/portal/software/enzo> [31] Simo,J.C.(西莫,J.C.)。;Armero,F.,不可压缩Navier-Stokes和Euler方程瞬态算法的无条件稳定性和长期行为,CMAME,111,111-154(1994)·Zbl 0846.76075号 [32] Østerby,O.,减少曲柄-尼科尔森振荡的五种方法,位数值。数学。,43, 811-822 (2003) ·兹比尔1038.65080 [33] Kelley,C.T.,线性和非线性方程的迭代方法,前沿应用。数学。,第16卷(1995),SIAM·兹比尔0832.65046 [34] Knoll,D.A。;Keyes,D.E.,《无雅可比牛顿-克利洛夫方法:方法和应用调查》,J.Comp。物理。,193, 357-397 (2004) ·Zbl 1036.65045号 [35] 丹尼斯·J·E。;Schnabel,R.B.,《无约束优化和非线性方程的数值方法》(1996),SIAM:SIAM Philadelphia·兹伯利0847.65038 [36] 奥尔特加,J.M。;Rheinboldt,W.C.,多变量非线性方程的迭代解(2000),SIAM·Zbl 0949.65053号 [37] 艾森斯塔特,S.C。;Walker,H.F.,《用不精确牛顿法选择强迫项》,SIAM J.Sci。公司。,17, 16-32 (1996) ·兹比尔0845.65021 [38] Weiser,M。;Schiela,A。;Deufhard,P.,《牛顿方法的渐进网格独立性重访》,SIAM J.Numer。分析。,42, 1830-1845 (2005) ·Zbl 1081.65051号 [39] Brown,P.N。;Woodward,C.S.,《利用物质能量转移实现全隐式辐射扩散的预处理策略》,SIAM J.Sci。公司。,23, 499-516 (2001) ·Zbl 0992.65102号 [40] R·D·法尔古特。;Yang,U.M.,(计算科学-ICCS 2002第三部分,计算机科学课堂讲稿。计算科学-IC CS 2002第3部分,计算机学科课堂讲稿,Hypre:高性能预处理程序库,第2331卷(2002),Springer-Verlag),632-641·Zbl 1056.65046号 [41] HYPRE代码项目页面<http://www.llnl.gov/CASC/hypre/software.html>; HYPRE代码项目页面<http://www.llnl.gov/CASC/hypre/software.html> [42] 贝克,A.H。;R·D·法尔古特。;Yang,U.M.,确定处理器间通信的假定分区算法,并行计算。,32, 319-414 (2006) [43] 特纳,新泽西州。;Stone,J.M.,使用ZEUS-2D使用通量限制扩散进行辐射流体力学计算的模块,ApJ,135,Suppl.,95-107(2001) [44] Pomraning,G.C.,非平衡Marshak波问题,JQSRT,21249-261(1979) [45] 苏,B。;Olson,G.L.,非平衡Marshak扩散问题的基准结果,JQSRT,56,337-351(1996) [46] Lowrie,R.B。;Edwards,J.D.,具有灰色非平衡扩散的辐射冲击解,冲击波,18,2129-143(2008)·Zbl 1255.76057号 [47] 夏皮罗,P.R。;Giroux,M.L.,宇宙HII区域和星系间介质的光电离,ApJ,321,L107-L112(1987) [48] Peebles,P.J.E.,《物理宇宙学原理》(1993),普林斯顿大学出版社·Zbl 1002.83527号 此参考列表基于出版商或数字数学图书馆提供的信息。其项与zbMATH标识符进行启发式匹配,可能包含数据转换错误。在某些情况下,zbMATH Open的数据对这些数据进行了补充/增强。这试图尽可能准确地反映原始论文中列出的参考文献,而不要求完整或完全匹配。