天体物理学 > 星系的天体物理学
[提交于 2023年1月12日
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标题: 湍流分子云中尘埃颗粒的动力学。解耦条件及不同数值实现的限制
标题: Dynamics of dust grains in turbulent molecular clouds. Conditions for decoupling and limits of different numerical implementations
摘要: 分子云中尘埃颗粒的动力学由其与超音速湍流气体运动的相互作用所调控。尘埃颗粒从气体动力学中解耦的条件仍缺乏明确约束。我们首先旨在通过理论预测和数值实验来研究动力学解耦的关键尘埃颗粒尺寸。其次,我们旨在确定两种根本不同的数值方法在湍流分子云中尘埃和气体混合物演化的适用范围。我们使用两种不同的方案进行了一系列数值实验。首先,在终端速度近似(TVA)下,我们在欧拉网格上使用单流体形式。其次,我们使用双流体方案,其中尘埃动力学通过拉格朗日超粒子处理,而气体动力学则在欧拉网格上处理。单流体结果与理论上的解耦临界尺寸相符。我们报告了斯托克斯数St>0.1时的尘埃动力学解耦,即尺寸为$s>4~\mu$米的尘埃颗粒。我们发现,TVA适用于分子云中尺寸为10$\mu$米的颗粒,尤其是在最致密的区域。然而,在St>1的低密度物质中测得的最大尘埃富集度值得怀疑。在拉格朗日尘埃实验中,我们表明所有尘埃颗粒尺寸的结果都受到数值方法的影响。对于St<<1的情况,尘埃动力学主要受到高密度区域中的人工捕获影响,导致尘埃浓度出现虚假变化。对于St>1的情况,最大尘埃富集度由用于气体动力学的网格分辨率决定。因此,应根据本研究中强调的限制重新审视以前类似数值工作的结果。亚微米尘埃颗粒在分子云最致密的部分不太可能发生尘埃富集。
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