書籍詳細:輻射電磁流体シミュレーションの基礎

宇宙物理学の基礎 第5巻 輻射電磁流体シミュレーションの基礎

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発刊年月
2024.01
ISBN
978-4-535-60344-8
判型
A5判
ページ数
392ページ
Cコード
C3344
ジャンル
難易度
テキスト:中級

内容紹介

天文学における数値シミュレーションの実践的な内容を提供する一冊。数値流体力学を中心に初学者から学べるよう工夫を凝らした。

目次

Chapter1 シミュレーション概論

1.1 数値シミュレーションとは
1.2 天文数値シミュレーション
1.3 本書で扱う数値計算法
1.4 支配方程式の分類
1.5 陽解法と陰解法
1.6 流体シミュレーションのフレームワーク


Chapter2 格子法を用いた数値流体力学の基礎

2.1 連続的な物理量の離散化
2.2 有限差分法と精度
2.3 線形波動方程式
2.4 安定性と風上差分法
2.5 有限体積法と数値流束
2.6 境界条件
2.7 線形波動方程式の数値解法
Chapter2の章末問題


Chapter3 流体力学の数値解法

3.1 圧縮性流体力学の基本
3.2 1次元の解法
3.3 空間精度の高次精度化
3.4 時間精度の高次精度化
3.5 1次元問題の計算例
3.6 多次元化
Chapter3の章末問題


Chapter4 磁気流体力学の数値解法

4.1 磁気流体力学の基本
4.2 HLL法(HLLD法の導入へ向けて)
4.3 MHDのリーマン解:HLLD法
4.4 磁場の発散
4.5 計算例
Chapter4の章末問題


Chapter5 流体力学および磁気流体力学の拡張

5.1 外場
5.2 自己重力
5.3 適合格子細分化法(AMR法)
5.4 シンク粒子
5.5 相対論的流体力学
5.6 相対論的磁気流体力学
Chapter5の章末問題


Chapter6 簡易的な輻射流体計算法

6.1 光学的に薄い極限での計算法
6.2 光学的に厚い極限での計算法
6.3 光源からの直接光だけを解く場合の計算法
Chapter6の章末問題


Chapter7 基本的な輻射流体計算法

7.1 流束制限拡散近似を用いた計算法
7.2 M1法を用いた計算法
7.3 テスト計算
Chapter7の章末問題


Chapter8 相対論的輻射流体の計算法

8.1 M1閉包を用いた計算法
8.2 エディントン近似を用いた計算法
8.3 変動エディントン因子法を用いた計算法
8.4 輻射輸送直接法
8.5 テスト計算
Chapter8の章末問題


Chapter9 SPH法

9.1 SPH法のアイデア
9.2 カーネル近似と物理量の表現
9.3 ラグランジュ的離散化
9.4 SPH法による流体の基礎方程式
9.5 重力の計算:ツリー法
9.6 SPH法における時間積分
9.7 テスト問題
Chapter9の章末問題


Chapter10 SPH法における輻射流体力学

10.1 光線追跡法(光源からの直接光の吸収)
10.2 電離波面の伝播
10.3 SPH法における流束制限拡散近似
10.4 流束制限拡散近似法のテスト問題
Chapter10の章末問題


付録

A 輻射流体力学の基礎方程式
B 代表的な輻射輸送計算法の概要


コラム 数値計算の猿知恵

計算が壊れたよ.NaNとかInfって何?/FortranかCか/開発環境/
再現性のないNaN/解析の自動化/可視化とデータ処理/
弟子入りのすゝめ/write文/printf文による泥臭いデバッグ/
どこまでチューニング?/コード作成は牛歩戦術/
解像度を変えてチェック!/バージョン管理/
コンパイルオプションとdebugger/Fortranではimplicit none