Расчет динамики газопылевых околозвездных дисков: выход за пределы режима Эпштейна

Расчет динамики газопылевых околозвездных дисков: выход за пределы режима Эпштейна Научная публикация

Журнал

Astronomy Reports
ISSN: 1063-7729

Вых. Данные

Год: 2020, Том: 97, Номер: 2, Страницы: 91-110 Страниц : 20 DOI: 10.31857/s0004629920010077

Авторы

Стояновская О.П. ^1,2,3 , Окладников Ф.А. ^1,3 , Воробьев Э.И. ^4,5 , Павлюченков Я.Н. ⁶ , Акимкин В.В. ⁶

Организации

1	Институт гидродинамики им. М.А. Лаврентьева СО РАН, Новосибирск, Россия
2	Federal Research Center for Information and Computational Technologies
3	Новосибирский государственный университет, Новосибирск, Россия
4	Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Южный федеральный университет»
5	University of Vienna
6	Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт астрономии Российской академии наук

В околозвездных дисках размер пылевых частиц варьируется от долей микрона до нескольких сантиметров, планетезимали имеют размер сотни километров. Поэтому в дисках реализуются различные режимы трения твердых тел о газ в зависимости от их размеров и скоростей: Эпштейна, Стокса и Ньютона, а также переходные между ними. Это означает, что для расчета динамики газопылевых дисков требуется использование коэффициента трения, применимого в широком диапазоне размеров и скоростей тел. Кроме того, необходимость одинаковым образом рассчитывать динамику тел разного размера налагает высокие требования на численный метод решения такой задачи. Так, в режимах Эпштейна и Стокса сила трения линейно зависит от относительной скорости между газом и телами, а в переходных режимах и режиме Ньютона – нелинейно. С другой стороны, для мелких тел, движущихся в режиме Эпштейна, время установления относительной скорости между газом и телами может быть много меньше динамического времени задачи – времени оборота диска вокруг центрального тела. Кроме того, в отдельных областях диска пыль может концентрироваться, поэтому необходимо учитывать взаимный обмен импульсом между пылью и газом. В работе показано, что для системы уравнений движения газа и монодисперсной пыли полунеявная схема первого порядка аппроксимации по времени, в которой межфазное взаимодействие рассчитывается неявно, а другие силы, такие как градиент давления, гравитация – явно, применима для жестких задач с интенсивным межфазным взаимодействием и для расчета трения в нелинейном режиме. Показано, что распространенный в астрофизических расчетах кусочно-заданный коэффициент трения испытывает разрыв при некоторых значениях чисел Маха и Кнудсена, которые реализуются в околозвездном диске. Приведен непрерывный коэффициент трения, который соответствует экспериментальным зависимостям, полученным для разных режимов трения.

Стояновская О.П. , Окладников Ф.А. , Воробьев Э.И. , Павлюченков Я.Н. , Акимкин В.В.
Расчет динамики газопылевых околозвездных дисков: выход за пределы режима Эпштейна
Astronomy Reports. 2020. V.97. N2. P.91-110. DOI: 10.31857/s0004629920010077 РИНЦ OpenAlex

Stoyanovskaya O.P. , Okladnikov F.A. , Vorobyov E.I. , Pavlyuchenkov Y.N. , Vitaliy V. Akimkin
Simulations of Dynamical Gas–Dust Circumstellar Disks: Going Beyond the Epstein Regime
Astronomy Reports. 2020. V.64. N2. P.107-125. DOI: 10.1134/s1063772920010072 WOS Scopus РИНЦ OpenAlex

Поступила в редакцию:

17 июл. 2019 г.

РИНЦ:	42229831
OpenAlex:	W3016389896

БД	Цитирований
РИНЦ	1