双黑洞问题的时空尺度横跨多个数量级:视界附近的引力场梯度极大,而引力波波长却比黑洞尺度大得多。均匀网格要么分辨率不足、要么计算代价不可承受。AMSS-NCKU 独立实现了完整的 Berger–Colella 式自适应网格细化(不依赖外部 AMR 平台),按需在不同区域使用不同分辨率的网格。

Box-in-Box AMR 层级结构示意:围绕双黑洞的四层嵌套细化网格
静态外层网格(L1、L2)+ 随黑洞移动的嵌套矩形网格块(L3、L4):网格间距逐级减半(2:1),移动网格跟随黑洞一起运动

两种网格结构

程序支持 Patch(三维矩形网格块)与 Shell-Patch(球壳形)两种细化网格结构。Patch 适合包围黑洞视界等局部强场区,并可随黑洞一起移动;Shell-Patch 呈球壳状,将内部区域包裹起来,适合覆盖以源为中心的波传播区,在球对称性强的区域效率更高。

两种细化网格结构对比:Patch 矩形盒与 Shell-Patch 球壳形
两种细化网格结构:Patch(三维矩形网格块,左)与 Shell-Patch(球壳形,右)。球壳包裹内侧两层矩形网格,外层边界为球壳内圆的外切矩形

层级结构与时间同步

网格按层级组织,相邻层分辨率比固定为 2:1,最多可配置 10 层以上。粗细网格之间通过延拓(prolongation)与限制(restriction)交换边界数据;细层时间步为粗层的一半,按 Berger–Oliger 方案递归同步,保证守恒与整体一致性。

$$h_{\ell} = \frac{1}{2}\,h_{\ell-1}, \qquad h_{\ell} = \frac{h_{0}}{2^{\ell}}, \qquad \ell = 1, 2, \dots, L$$ $$\Delta t_{\ell} = \frac{1}{2}\,\Delta t_{\ell-1}, \qquad \ell = 1, 2, \dots, L$$

相邻层空间分辨率比固定为 2:1(h_ℓ 为第 ℓ 层网格间距,h_0 为最粗层间距);时间步长按 Berger–Oliger 方案同样逐层减半

自动重网格

随黑洞运动与并合,加密区域需要动态调整。程序基于误差估计子(如场梯度与约束违反水平)周期性评估各区域,自动生成、合并或删除细化网格,使计算资源始终集中在最需要的地方。

Patch

Rectangular refinement boxes

☉

Shell-Patch

Spherical-shell refinement

10+ Levels

Configurable refinement hierarchy

🔄

Auto Regridding

Dynamic mesh adaptation

下一功能:引力波提取 返回核心功能