Двухфазная гидродинамическая модель взаимодействующих галактик
Скачать 46 Kb.
|
ДВУХФАЗНАЯ ГИДРОДИНАМИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ВЗАИМОДЕЙСТВУЮЩИХ ГАЛАКТИКИ.М. КуликовФедеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт вычислительной математики и математической геофизики Сибирского отделения Российской академии наук 630090, Новосибирск Движение галактик в плотных скоплениях превращает столкновения между ними в важный эволюционный фактор, поскольку за хаббловское время рядовая галактика может испытать до десятка столкновений с другими галактиками своего скопления [1, 2]. Математическое моделирование играет более чем важную роль в теоретическом исследовании таких процессов. Одной из важных вычислительных проблем в таких задачах является соотношение масштабов (так линейный размер галактики составляет порядка 104 парсек, в то время как линейный размер звезды составляет величину порядка 10-7 парсек). Поэтому для моделирования таких процессов в высоком разрешении необходимо использовать суперкомпьютеры из верхней части списка Top-500. Два из первых трёх (четыре из первых десяти) суперкомпьютера в ноябрьской версии списка Top-500 оснащены графическими ускорителями и ускорителями Intel Xeon Phi. Наиболее вероятно первый суперкомпьютер экзафлопсной производительности будет построен на основе гибридного подхода. На сегодняшний день уже существуют гидродинамические коды, оптимизированные для выполнения на суперЭВМ, оснащенных графических ускорителями [3] и ускорителями Intel Xeon Phi [4]. Разработка кодов для гибридных суперкомпьютеров не сугубо техническая задача, а отдельная сложная научная задача, требующая со-дизайна алгоритмов на всех стадиях решения задачи – от физической постановки до инструментов разработки. При конструировании математической модели следует учитывать достижения и требования современной наблюдательной астрономии. Так актуальным является учёт магнитного поля в галактиках, так как его наличие обнаружено в рукавах галактики M51 [5] и серьезно влияет на процесс звездообразования. Бесстолкновительная компонента (звездная компонента галактик и темная материя) традиционно моделируется как задача N-тел, которая в случае бессеточного метода SPH моделируется тривиально, а вот в случае сеточных методов используется достаточно большое число подходов. Самым распространенным подходом являются particle/mesh методы, однако они имеют ряд вычислительных недостатков и ограничения на масштабируемость основанных на них программных реализаций. Одним из основных альтернативных подходов является модель, основанная на первых моментах бесстолкновительного уравнения Больцмана [6 – 9]. Будем рассматривать двухфазную гидродинамическую модель взаимодействующих галактик. Тогда постановка задачи заключается в совместном решении уравнений гравитационной магнитной газовой динамики с учетом охлаждения [10] и полной системы уравнений первых моментов бесстолкновительного уравнения Больцмана [11]. Для восстановления гравитационного потенциала используется подход Чуева [12], в основе которого лежит запись уравнения Пуассона в виде эволюционного уравнения для градиента потенциала. В последние два десятилетия из широкого диапазона газодинамических численных методов для решения нестационарных трехмерных астрофизических задач используются два основных подхода: это лагранжев подход, в основном представленный SPH-методом и AMR (Adaptive Mesh Refinement). Несомненным достоинством SPH-метода является его галилеева инвариантность, однако нетривиальный выбор ядра сглаживания и параметров искусственной вязкости приводят к сомнениям получаемых результатов, кроме этого SPH метод не способен воспроизводить высокие градиенты плотности [13]. Использование адаптивных сеток позволяет эффективно воспроизводить высокие градиенты плотности и турбулентность, однако перестраивание сеток может полностью свести на нет вычисленные результаты. Кроме этого в любых эйлеровых методах имеют место сеточные эффекты. На наш взгляд, оптимальным решением является использование эйлерово-лагранжевого подхода в классическом виде [14], с использованием адаптивных сеток [15] или оригинальный подход, основанный на комбинации метода крупных частиц и метода Годунова (детали численного метода и его верификации подробно описаны в работах [1, 2, 4, 11, 13]). Будем рассматривать дисковую галактику с равными массами звёздной и газовой компонент 1041 кг, распределение вещества в галактике задаётся как NWF-профиль [16]. Дисковая галактика движется в межгалактическом газе под углом α к направлению движения. Галактика в начальный момент времени имеет постоянное вертикальное магнитное поле 10-6 Гаусса. Для получения сценария процесса звездообразования в хвосте галактики, который состоит из сорванного с галактики замагниченного газа будем рассматривать движение дисковой галактики, наклоненной под углом α = 5 градусов к вектору движения, со скорость в начальный момент времени 600 км/с. В начальный момент времени облако галактического газа представляет собой обычное распределение в форме шара. Далее происходит стекание газа с галактики за счет сверхзвукового течения в межгалактической среде, которое со временем образует ярко выраженный хвост (см. рис. 1), который состоит из газа, сорванного с галактики. Таким образом, в рамках двухфазной гидродинамической модели, реализованной в виде кода GPUPEGAS, была смоделирована на гибридном суперЭВМ ССКЦ СО РАН динамика образования хвостов галактик и процесс их замагничивания, аналогичное, наблюдаемому в спиралях галактики M51. Для кода GPUPEGAS в рамках одного графического ускорителя было получено 55-кратное ускорение и 94 % эффективность при использовании 60 графических ускорителей.  Рис. 1. Изолинии энергии магнитного поля в ходе моделирования процесса замагничивания хвоста галактики, состоящего из сорванного с галактики газа. Работа выполнена при поддержке гранта Президента Российской Федерации МК-4183.2013.9, а также грантов Российского фонда фундаментальных исследований № 14-01-31199 и № 13-07-00589. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
|
Добавить документ в свой блог или на сайт
Похожие:
 | Группа: уд-206 Проверил: Клеменко Владимир Антонович Вот именно эта загадочность галактик и натолкнула меня на выбор этой темы. И именно тот факт, что мир галактик для нас, как и для... | | Я дрегля Нина студентка s-13 прочитала 150 страниц из книги «Семейная... Ют сегодня виды консультативной психологической помощи семье чрезвычайно разнообразны. В соответствии с ориентированностьюи характером... |
 | Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Формирование понятий: описательная информационная модель, формализованная модель, компьютерная модель, компьютерный эксперимент,... | | Модель оценки альтернатив управления слабоструктурированными динамическими ситуациями 1 Рассмотрена интегрированная нечеткая система поддержки принятия решений в слабоструктурированных динамических ситуациях, включающая... |
| Программа для моделирования поведения системы взаимодействующих магнитных диполей | | Оформление заявки на изобретение и полезную модель ... |
| Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Сконструировать модель для слов-«помощников» и дополнить (конкретизировать) модель предложения | | Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Галактике, ее возникновении, составе, расстояниях между звездами, расширить представления о множестве галактик во Вселенной |
| Реферат Отчёта по нир на тему: Разработка и внедрение автоматизированной... ... | | Урока Изучаемая тема Вид работ № задания для ... |
| Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Модель экономики, модель энергетики, ОАО «Волжская тгк», автоматизированно-информационная система, геоинформационные технологии;... | | Задача Лагранжа. Безусловный и условный экстремумы Задача Лагранжа с одним ограничением Модель II. Модель Уилсона с ограничениями на складские помещения |
| Лекция №14 Обобщением линейной регрессионной модели с двумя переменными является многомерная регрессионная модель (или модель множественной... | | Гоу впо «омский государственный технический университет» (омгту) В процессе работы проводились теоретические исследования составляющих данной технологии, принцип работы и языков взаимодействующих... |
| Модель взаимодействия участников проекта Модель взаимодействия всех участников проекта предполагает субъект-субъектные отношения, направленные на развитие познавательно-речевых... | | Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Исходя из современных научных представлений об уроке, его цель носит триединый характер и состоит из трех взаимосвязанных, взаимодействующих... |
