Toner–Tu 2D / Active matter lab

圧縮性の集団運動 · 128 × 128 格子 · 周期境界 · オフラインで動作

MODEL PARAMETERS

DENSITY & VELOCITY

ρ 0
ρ 2

LIVE STATISTICS

POLARIZATION P(t)

モデル・数値計算について
∂tρ = −∇·(ρv) + Dρ∇²ρ
∂tv = −λ(v·∇)v + a(ρ−ρc)v − β|v|²v − c²∇ρ + Dv∇²v

領域は Lx = Ly = 100、Δx = Δy = 100/128。密度輸送は面上の平均速度を使った保存形の一次風上差分、速度移流も一次風上差分。圧力勾配は中心差分、拡散は5点ラプラシアン、時間積分は前進Eulerです。一次風上差分には数値拡散があるため、定量的な研究には格子・時間刻み収束の検証が必要です。

dtは1回の更新で進める希望時間です。輸送・拡散のCFL条件、圧力波速度 √(c²ρ)、局所反応の強さから安全な内部刻みを選び、必要に応じて細分化します。上限300内部ステップに達した場合は時間の進行を遅くします。異常値・非正密度を検出した際は、その内部ステップを破棄して停止します。有限差分の安定性は任意のパラメータで保証されるものではありません。

初期密度は平均1の小さなランダム揺らぎ、速度はランダム方向の小振幅です。Resetは現在のパラメータと同じ乱数シードで初期化、Randomizeは新しいシードで初期化します。スライダーの変更は直ちに反映され、履歴は保持されます。

noise strength σは速度方程式の加法的ガウス白色雑音の振幅です。各速度成分に σ√(h/Δx²) Z(Zは標準正規乱数)を加えます。密度には直接雑音を加えません。P = |Σρv| / Σρ|v|(分母が0なら0)。平均速度は面積平均 Σ|v|/N、密度分散も面積平均です。色の自動調整時は各フレームの最小・最大密度を使用します。