La estrategia de refinamiento adaptativo de mallas aplicada a las simulaciones de física solar

Abstract

In this thesis, the implementation of the adaptive mesh refinement strategy for solar physics simulations was developed, culminating in the CAFE-AMR numerical code. This code uses standard computational fluid dynamics methods, including finite volume discretization, HLL and Roe flow formulas, linear reconstructors, and second-order temporal integrators. CAFE-AMR solves the equations of magnetohydrodynamics in the ideal and resistive regimes. To validate the application in the context of solar physics, simulations of Rayleigh-Taylor and Kelvin-Helmholtz type instabilities are presented; the simulation of a solar flare based on the Carmichael-Sturrock-Hirayama-Kopp-Pneuman model; one simulations of a solar wind in the hydrodynamic case where a non-magnetized coronal mass ejection propagates and another simulation of a solar wind immersed in a dipolar magnetic field centered on the Sun. It is argued that the application of the AMR strategy allows solar simulations to be carried out at various scales, better captures localized structures and better distributes computational resources.

En este trabajo se desarrolló la implementación de la estrategia de refinamiento adaptativo de mallas para simulaciones de la física solar culminando en el código numérico CAFE-AMR. Este código utiliza métodos estándar de la dinámica de fluidos computacional, incluyendo discretizaciones de volúmenes finitos, fórmulas de flujo HLL y Roe, reconstructores lineales e integradores temporales de segundo orden. CAFE-AMR resuelve las ecuaciones de la magnetohidrodinámica en los regímenes ideal y resistivo. Para validar la aplicación en el contexto de la física solar, se presentan simulaciones de las inestabilidades tipo Rayleigh-Taylor y Kelvin-Helmholtz; la simulación de una fulguración solar basada en el modelo Carmichael-Sturrock-Hirayama-Kopp-Pneuman; una simulación del viento solar en el caso hidrodinámico en donde se propaga una eyección de masa coronal no magnetizada y otra simulación un viento solar inmerso en un campo magnético dipolar centrado en el sol. Se argumenta que la aplicación de la estrategia AMR permite hacer simulaciones solares a diversas escalas, captura mejor las estructuras localizadas y distribuye mejor los recursos computacionales.