WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     ||
|

Третья глава посвящена описанию результатов численного решения задачи об аккреционном диске. Образование и эволюция разномасштабных возмущений в аккреционных дисках в двойных звездных системах является важной задачей гравитационной астрофизики. Основной интерес представляет изучение развития мелкомасштабных возмущений под воздействием различных факторов. Образование в аккреционных дисках крупных спиральных структур различной морфологии вызывает перераспределение энергии и углового момента в газе. Турбулентная вязкость и взаимодействие между крупномасштабными и мелкомасштабными возмущениями и вихрями может вносить в этот процесс значительный вклад. Особенностью задачи является наличие гравитационной силы, которая может изменять условия возникновения крупномасштабных структур. Кроме того, крупномасштабные вихревые структуры в аккреционных дисках могут зарождаться за счет сдвигового течения.

В главе рассмотрено возникновение в аккреционных звездных дисках с двумя различными начальными состояниями вихревых течений, образующихся вследствие внесения в начальное состояние малых возмущений различного типа.

Рассмотрен аккреционный диск с околокеплеровским распределением скорости. Расчетная область выбрана так, что по радиусу ее размер приблизительно в два раза превышает характерный размер диска, т.е. область сосредоточения основной массы диска. Плотность у границ на несколько порядков меньше ее значений в центральной зоне, что минимизирует влияние граничных условий.

С целью исследования устойчивости диска по отношению к малым возмущениям в равновесное состояние диска внесены синусоидальные возмущения азимутальной составляющей скорости в зоне максимальных значений плотности диска. Проведены серии расчетов с амплитудой возмущений от 1% до 20% от равновесной азимутальной скорости, с заданием возмущений в полосе шириной в одну или в две ячейки, с различной частотой возмущений и на различных сетках. Результаты расчетов показывают, что малые возмущения приводят к образованию крупных вихревых структур, при этом перестройке подвергается течение практически во всей области, хотя начальное возмущение задано лишь в малой ее части.

Большой интерес также представляет случай, когда возмущение в сдвиговом течении появляется в локальной области, близкой к внешней границе аккреционного диска. Приведено численное решение задачи, моделирующей развитие возмущения, задаваемого локально во внешней части равновесного аккреционного диска. Показано, что в результате образуются крупные структуры, распространяющиеся на весь диск.

Изучение завихренности показывает образование и существование на протяжении всего расчета крупных структур течения. Исследовано поведение крупных структур со временем. Показано образование такого физического эффекта, как дорожка Кармана, возникающая за крупными структурами при обтекании их вращающимся веществом диска.

Рассмотрен аккреционный диск с кеплеровским распределением скорости. Внешняя граница расчетной области проходит через центральную часть диска. Результаты расчетов с заданием синусоидального возмущения скорости и с заданием локального возмущения показывают качественное сходство с результатами предыдущих расчетов.

Четвертая глава посвящена исследованию возникающих в диске крупновихревых течений и физическому эффекту перераспределения углового момента в аккреционном звездном диске.

На примере расчета с внесением малых возмущений в области максимальных значений плотности для диска с околокеплеровским распределением скорости подробно рассмотрены свойства возникающих течений.

Показано, что со временем поведение системы выходит на квазистационарный режим, при котором кинетическая энергия вихревого движения слабо изменяется со временем, колеблясь вблизи почти постоянного значения, причем это значение постоянно для различных значений амплитуды начальных возмущений. Из результатов расчетов следует, что кинетическая энергия вихревого движения в квазистационарном режиме определяется начальной кинетической энергией и практически не зависит от энергии первичного возмущения. Это подтверждает предположение о развитии крупномасштабного вихревого движения в сдвиговом течении аккреционных дисков и подтверждает то, что после прохождения пика развития возмущений, вихревые структуры не исчезают, течение остается вихревым, и крупные структуры переносят угловой момент к внешним частям диска.

Исследовано изменение и перераспределение углового момента в возникающем течении. Показано, что в системе происходит значительное перераспределение момента вдоль радиуса, причем общий угловой момент в системе остается практически неизменным. Отмечено, что масса газа в системе также остается практически постоянной, т.е. перераспределение углового момента происходит не за счет потока вещества через границы.

Рассмотрено поведение энтропии, в частности, ее изменение со временем в системе. Показано, что энтропия в системе практически постоянна. С учетом отсутствия в рассматриваемой модели вязкости и теплопроводности, а также с учетом малой схемной вязкости используемого численного метода постоянство энтропии означает, что течение является практически адиабатическим, выделения большого количества тепла не происходит, следовательно, турбулентная вязкость мала и не может являться механизмом, с помощью которого происходит перераспределение момента. Таким образом, наблюдаемое в расчетах перераспределение момента связано с образованием крупных структур, и именно за их счет осуществляется перенос момента.

Исследован случай задания локального возмущения во внешней части диска с околокеплеровским распределением скорости. Показано, что движение крупных структур в аккреционном диске приводит к перераспределению углового момента. В области, содержащей крупные вихревые структуры вблизи внешней границы, идет интенсивная отдача углового момента, что приводит к сжатию внешней части диска. Во внутренней области значительно увеличивается угловой момент, что подтверждает увеличение внутренней аккреции.

При исследовании аналогичных вариантов задания возмущения для диска с кеплеровским распределением скорости также показано, что за счет крупных структур происходит значительное перераспределение суммарного углового момента в аккреционных дисках.

В заключении сформулированы основные результаты диссертационной работы.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИИ

  1. Построена физико-математическая модель течения вещества в аккреционном звездном диске. На основе аналитического решения выбрано специальное стационарное начальное состояние аккреционного звездного диска с околокеплеровским распределением скорости в двумерном случае, исключающее влияние граничных условий.
  2. Изучен процесс образования крупных вихревых структур в сдвиговом течении аккреционных звездных дисков. Показано, что малые возмущения, внесенные в начальное равновесное состояние аккреционного диска в сравнительно небольшой области, развиваются в крупные структуры, захватывая значительную часть расчетной области. Возникающее в результате течение является вихревым.
  3. Показано, что возникновение крупных структур приводит к значительному перераспределению суммарного углового момента в аккреционных дисках без заметного нагрева вещества, что, в отличие от других моделей, в большей степени соответствует наблюдениям.
  4. Создан программный комплекс, позволяющий эффективно решать задачи многомерной газовой динамики на многопроцессорных вычислительных системах с различной архитектурой. Созданный комплекс используется в качестве теста для определения и улучшения характеристик суперкомпьютеров в МСЦ РАН.

Публикации автора по теме диссертации

  1. Луговский А. Ю., Мухин С.И., Попов Ю.П., Чечеткин В.М. Численные методы для моделирования развития турбулентности в аккреционных дисках. (M.: МАКС Пресс, 2003).
  2. Луговский А. Ю., Мухин С.И., Попов Ю.П., Чечеткин В.М. Эволюция мелкомасштабных возмущений в аккреционных дисках. (M.: МАКС Пресс, 2005).
  3. Belotserkovskii O.M., Chechetkin V.M., Fortova S.V., Oparin A.M., Popov Yu.P., Lugovsky A.Yu., Mukhin S.I. The turbulence in free shear flows and in accretion discs. Astronomical & Astrophysical Transactions: The Journal of the Eurasian Astronomical Society, v. 25, issue 5 & 6, pp. 419 – 434, 2006.
  4. Велихов Е.П., Луговский А.Ю., Мухин С.И., Попов Ю.П., Чечеткин В.М. Роль крупномасштабной турбулентности в перераспределении углового момента в аккреционных звездных дисках. Астрономический журнал, т. 84, №2, стр. 177-184, 2007.
  5. Belotserkovskii O.M., Chechetkin V.M., Fortova S.V., Oparin A.M., Popov Yu.P., Lugovsky A.Yu., Mukhin S.I. The turbulence in free shear flows and in accretion discs. “Investigations of Hydrodynamical Instability and Turbulence in Fundamental and Technological Problems by Means of Mathematical Modeling with Supercomputers“, Final Report of RFBR/JSPS Collaborative Research Program, ed. by O. Belotserkovskii, Y. Kaneda and I. Menshov, Nagoya University, Nagoya, Japan, p.229-241, 2007.
  6. Луговский А. Ю., Мухин С.И., Попов Ю.П., Чечеткин В.М. Развитие крупномасштабной неустойчивости в аккреционных звездных дисках и ее влияние на перераспределение углового момента. Астрономический журнал, т. 85, №10, стр. 901-905, 2008.
Pages:     ||
|



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.