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任意高阶、保守和保正的Patankar型延迟校正方案。 (英语) Zbl 1437.65073号

概述:常微分方程的产生-破坏系统(PDS)用于描述自然界中的物理和生物反应。所考虑的数量受自然规律的制约。因此,它们在分析水平上保持了质量的正守恒。为了在离散水平上保持这些特性,通常在这种情况下使用所谓的修正Patankar-Runge-Kutta(MPRK)格式。然而,据我们所知,MPRK家族仅发展到三阶精度。在这项工作中,我们提出了一种解决PDS问题的方法,但使用了延迟校正(DeC)过程作为时间积分方法。将改进的Patankar方法应用于DeC格式,得到了可证明的保守和正保持方法。此外,我们证明了这些改进的Patankar-DeC格式可以构造到任意高阶。最后,我们通过数值模拟验证了我们的理论分析。

MSC公司:

65升06 常微分方程的多步、Runge-Kutta和外推方法
37N25号 生物学中的动力系统
92D25型 人口动态(一般)
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参考文献:

[1] Abgrall,R.,使用全局连续逼近和避免质量矩阵的双曲问题的高阶格式,J.Sci。计算。,73, 461-494 (2017) ·Zbl 1398.65242号
[2] Abgrall,R。;Torlo,D.,渐近保持延迟校正残差分布方案(2018),arXiv预印本
[3] Abgrall,R。;Meledo,E.l。;Öffner,P.,关于残差分布方案和通量重建之间的联系(2018),arXiv预印本
[4] Burchard,H。;Deleersnijder,E。;Meister,A.,生产-破坏方程刚性系统的高阶保守Patankar型离散,应用。数字。数学。,47, 1-30 (2003) ·Zbl 1028.80008号
[5] Burchard,H。;Deleersnijder,E。;Meister,A.,《修改的Patankar方案在水柱刚性生物地球化学模型中的应用》,海洋出版社。,55, 326-337 (2005)
[6] Christlieb,A。;Ong,B。;邱,J.-M.,用高阶龙格-库塔积分器构造的积分延迟校正方法,数学。计算。,79, 761-783 (2010) ·Zbl 1209.65073号
[7] Dutt,A。;Greengard,L。;Rokhlin,V.,常微分方程的谱延迟校正方法,BIT数字。数学。,40, 241-266 (2000) ·兹比尔0959.65084
[8] 哥特利布,S。;Ketcheson,D.I。;Shu,C.-W.,《保持强稳定性的Runge-Kutta和多步时间离散化》(2011),《世界科学》·Zbl 1241.65064号
[9] 海尔,E。;诺塞特,S.P。;Wanner,G.,《求解常微分方程》。1,非刚性问题(1991),Springer-Vlg·Zbl 0729.65051号
[10] 亨斯,I。;Beckmann,A.,《水生生态系统模型中蓝藻生命周期过程的表示》,Ecol。型号。,221, 2330-2338 (2010)
[11] 黄,J。;Shu,C.-W.,生产-破坏方程的保正时间离散及其在非平衡流中的应用,科学杂志。计算。,78, 1811-1839 (2019) ·兹比尔1420.35190
[12] 黄,J。;赵伟。;Shu,C.-W.,生产-破坏方程的三阶无条件保正格式及其在非平衡流中的应用,J.Sci。计算。,1-42 (2018)
[13] Ketcheson,D.I.,低存储实现的高效强稳定性保持Runge-Kutta方法,SIAM J.Sci。计算。,30, 2113-2136 (2008) ·Zbl 1168.65382号
[14] 科佩茨,S。;Meister,A.,修改的Patankar-Runge-Kutta方案的有序条件,应用。数字。数学。,123, 159-179 (2018) ·Zbl 1377.65089号
[15] 科佩茨,S。;Meister,A.,生产-破坏系统的无条件正保守三阶修正Patankar-Runge-Kutta离散化,BIT-Numer。数学。,1-38 (2018) ·Zbl 1397.65102号
[16] 科佩茨,S。;Meister,A.,关于三阶段三阶修正Patankar-Runge-Kutta格式的存在性,Numer。算法,1-12(2019)·Zbl 1416.65205号
[17] 刘,Y。;舒,C.-W。;张明,延迟修正时间离散化的强稳定性保持性质,J.Compute。数学。,633-656 (2008) ·Zbl 1174.65036号
[18] 梅斯特,A。;Ortleb,S.,《关于适用于浅水流动的DG格式的无条件正隐式时间积分》,国际J·数值。液体方法,76,69-94(2014)·兹比尔1455.65173
[19] Minion,M.L.,常微分方程的半隐式谱延迟校正方法,Commun。数学。科学。,1, 471-500 (2003) ·Zbl 1088.65556号
[20] Patankar,S.,《数值传热和流体流动》(1980),CRC出版社·Zbl 0521.76003号
[21] Rackauckas,C。;Nie,Q.,Differentialequations.jl——Julia,J.Open Res.Softw.中一个用于求解微分方程的高性能且功能丰富的生态系统。,5 (2017)
[22] Ranocha,H。;Ùffner,P.,显式Runge-Kutta格式的(L_2)稳定性,科学杂志。计算。,75, 1040-1056 (2018) ·Zbl 1398.65188号
[23] Ranocha,H。;奥夫纳,P。;Sonar,T.,通过重建校正程序的逐部分求和运算符,J.Compute。物理。,311, 299-328 (2016) ·Zbl 1349.65524号
[24] Wanner,G。;Hairer,E.,《求解常微分方程II》(1996),施普林格-柏林-海德堡出版社·Zbl 0859.65067号
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