Тип публикации: статья из журнала
Год издания: 2024
Идентификатор DOI: 10.25743/ICT.2024.29.1.002
Ключевые слова: hydrodynamic model, compact nite di erence scheme, atmosphere, гидродинамическая модель, компактная разностная схема, атмосфера
Аннотация: Рассмотрено применение компактной схемы типа Маккормака на неравномерной сетке для решения гидродинамической задачи убегания атмосферы планеты при наличии поглощения внешнего жесткого ультрафиолетового излучения, имеющей важное значение для моделей эволюции планет. В качестве объектов моделирования выбраны две реальные экзопланеты Показать полностью- TOI-421b и TOI-421c, существенно различающиеся по массе и радиусу орбиты. Стационарные распределения плотности, температуры и давления получены в результате численного интегрирования нестационарных гидродинамических уравнений и установления с течением времени требуемого стационарного решения. Показано существенное преимущество компактной схемы типа Маккормака перед классической схемой Маккормака. The compact McCormack-type di erence scheme with the fourth order of accuracy and a nonuniform grid is adapted for solving the hydrodynamic problem of the escaping planet’s atmosphere in the presence of absorption of external extreme ultraviolet radiation, which is important for modelling of planetary evolution. This problem requires a high accuracy di erence scheme. Two real recently discovered exoplanets TOI-421b,c, signi cantly di ering in mass and orbit radius, were considered as simulation objects. A peculiarity of this problem is the nonlocal heating function, which integrally depends on the distribution of physical quantities over the radial distance and spherical angle. In particular, this function decreases very steeply when distance near the planet decreases. Therefore, an uneven di erence grid is used with a decreasing step towards the planet. As a result of numerical integration of time dependent spherically symmetric hydrodynamic equations, radial distributions of density, temperature, pressure and velocity were obtained. The heating function was averaged over spherical angles. The model took into account such fundamentally important physical processes as ionization and recombination, as well as Lyman-alpha radiation cooling. When carrying out calculations, hydrodynamic equations were solved in a conservative form, ensuring conservation of mass, momentum and energy. In this case, Euler’s hydrodynamic equation, which takes into account the detailed balance of acting forces, was used to estimate the approximation error for the compact di erence scheme, which was compared with a similar error for the classical McCormack scheme. The comparison shows a signi cant advantage of the compact di erence scheme used in this research.
Журнал: Вычислительные технологии
Выпуск журнала: Т. 29, № 1
Номера страниц: 5-17
ISSN журнала: 15607534
Место издания: Новосибирск
Издатель: Федеральный исследовательский центр информационных и вычислительных технологий