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退化扩散系数非线性扩散问题的有限体积元近似。 (英语) Zbl 1435.65139号

摘要:一些标准的数值方法,如模拟有限差分法、有限体积法和混合有限元法,在求解具有退化扩散系数的非线性扩散问题时往往失败,因为这些方法涉及扩散系数的调和平均。为了避免这种问题,本文提出了一些有限体积元格式来求解一类一维退化非线性抛物方程。利用空间上的线性和二次有限体积元以及时间上的反向差分公式,给出了一些全离散格式。为了处理非物理数值振荡,我们对有限体积元解应用了两种基于后验修正的非负保持修复技术。一种是局部方法,其中与某个网格节点对应的任何负能量都被当前节点附近的正值吸收。另一种是全局策略,其中总负能量按照其值的比例重新分配到数值解中的每个正值。此外,还提出了一些采用集中质量策略的单调有限体积元格式。数值算例表明了所提方法的有效性和竞争行为。

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参考文献:

[1] R银行。;Rose,D.,箱方法的一些误差估计,SIAM J.Numer。分析。,24, 777-787 (1987) ·Zbl 0634.65105号
[2] Barenblatt,G.I.,《标度、自相似性和中间渐近》(1996),剑桥大学出版社:剑桥大学出版社·Zbl 0907.76002号
[3] Bendahmane,M。;哈利勒,Z。;Saad,M.,多维多孔介质中气-水流动有限体积格式的收敛性,数学。模型方法应用。科学。,24, 145-185 (2014) ·Zbl 1282.76130号
[4] 伯曼,A。;Plemmons,R.J.,《数学科学、计算机科学和应用数学中的非负矩阵》(1979),学术出版社(Harcourt Brace Jovanovich出版社):学术出版社(Hacourt Blace Jovanov出版社)纽约·Zbl 0484.15016号
[5] 贝塞莫林·查塔德,M。;Filbet,F.,非线性退化抛物方程的有限体积格式,SIAM J.Sci。计算。,34,B559-B583(2012)·Zbl 1273.65114号
[6] 蔡,Z.,关于有限体积元法,Numer。数学。,58, 713-735 (1990) ·Zbl 0731.65093号
[7] 曹伟。;张,Z。;Zou,Q.,2k-猜想对有限体积方法有效吗?,SIAM J.数字。分析。,53, 942-962 (2015) ·Zbl 1327.65216号
[8] 曹伟。;张,Z。;Zou,Q.,一维一般椭圆方程任意阶有限体积格式的超收敛性,J.Sci。计算。,56, 566-590 (2013) ·Zbl 1276.65044号
[9] 陈,Z。;Xu,Y。;张勇,高阶有限体积法的构造,数学。计算。,84, 599-628 (2015) ·Zbl 1307.65144号
[10] 周,S.-H。;Li,Q.,椭圆和抛物问题共体积方法中(L^2,H^1)和(L^infty)的误差估计:统一方法,数学。计算。,69, 103-120 (2000) ·Zbl 0936.65127号
[11] DiBenedetto,E。;Hoff,D.,多孔介质方程的界面跟踪算法,Trans。美国数学。《社会学杂志》,284,463-500(1984)·Zbl 0564.76090号
[12] Droniou,J.,扩散方程的有限体积格式:现代方法的介绍和回顾,数学。模型方法应用。科学。,24, 1575-1619 (2014) ·Zbl 1291.65319号
[13] Droniou,J。;Eymard,R.,非线性退化抛物方程数值方法的统一时间收敛性,数值。数学。,132, 721-766 (2016) ·Zbl 1342.65180号
[14] Droniou,J。;Eymard,R。;Gallouet,T。;Guichard,C。;Herbin,R.,梯度离散化方法·Zbl 1372.65256号
[15] 杜克,J.C.M。;阿尔梅达,R.M.P。;Antontsev,S.N.,移动网格法在变指数多孔介质方程中的应用,数学。计算。模拟。,118, 177-185 (2015) ·Zbl 07313414号
[16] 杜克,J.C.M。;阿尔梅达,R.M.P。;Antontsev,S.N.,变指数多孔介质方程有限元方法的收敛性,SIAM J.Numer。分析。,51, 3483-3504 (2013) ·Zbl 1355.76036号
[17] 杜克,J.C.M。;阿尔梅达,R.M.P。;Antontsev,S.N.,多孔介质吸收方程的数值研究,非线性变指数和自由边界,应用。数学。计算。,235, 137-147 (2014) ·Zbl 1334.76091号
[18] Ebmeyer,C.,一类退化抛物方程的误差估计,SIAM J.Numer。分析。,35, 1095-1112 (1998) ·兹比尔0915.65104
[19] 埃梅耶,C。;Liu,W.,快速扩散和多孔介质方程的有限元近似,SIAM J.Numer。分析。,46, 2393-2410 (2008) ·Zbl 1176.65105号
[20] Emmrich,E。;Siska,D.,基于其非常弱的公式对多孔介质/快速扩散方程进行完全离散,Commun。数学。科学。,10, 1055-1080 (2012) ·Zbl 1282.76174号
[21] 尤因,R。;Lin,T。;Lin,Y.,关于基于分段线性多项式的有限体积元方法的准确性,SIAM J.Numer。分析。,39, 1865-1888 (2002) ·Zbl 1036.65084号
[22] Eymard,R。;加洛特,t。;赫宾,R。;Michel,A.,非线性退化抛物方程有限体积格式的收敛性,数值。数学。,92, 41-82 (2002) ·兹比尔1005.65099
[23] Gravelau,J.L。;Jamet,P.,一些退化非线性抛物方程的有限差分方法,SIAM J.Appl。数学。,20, 199-223 (1971) ·Zbl 0226.65065号
[24] 郭,L。;Yang,Y.,带爆破解的抛物型方程的保正高阶局部间断Galerkin方法,J.Compute。物理。,289, 181-195 (2015) ·Zbl 1352.65345号
[25] Hyon,Y。;Jang,H。;Kwak,D.,椭圆问题的非协调共体积方法,应用。数学。计算。,196, 60-66 (2008) ·Zbl 1153.65109号
[26] Knerr,B.,一维吸收非线性热传导方程解的支持行为,Trans。美国数学。《社会学杂志》,249409-424(1979)·Zbl 0415.35045号
[27] Kucharik,M。;沙什科夫,M。;Wendroff,B.,《一种有效的线性和边界保护重映射方法》,J.Compute。物理。,188, 462-471 (2003) ·Zbl 1022.65009号
[28] 库兹明,D。;沙什科夫,M.J。;Svyatskiy,D.,满足各向异性扩散问题离散最大值原理的约束有限元方法,J.Comput。物理。,228, 3448-3463 (2009) ·Zbl 1163.65085号
[29] 李,Y。;Li,R.,任意四边形网络上的广义差分方法,J.Compute。数学。,17, 653-672 (1999) ·Zbl 0946.65098号
[30] 李,R。;陈,Z。;Wu,W.,《微分方程的广义差分方法:有限体积方法的数值分析》(2000年),马塞尔·德克尔:马塞尔·戴克尔纽约·Zbl 0940.65125号
[31] 李,X。;Huang,W.,时间相关各向异性扩散问题有限元解的极大值原理,Numer。方法部分差异。Equ.、。,29, 1963-1985 (2013) ·Zbl 1307.65134号
[32] Liebau,F.,具有二次基函数的有限体积元法,计算,57281-299(1996)·Zbl 0866.65074号
[33] Lipnikov,K。;Manzini,G。;莫尔顿,J.D。;Shashkov,M.,扩散系数交错离散的椭圆和抛物问题的模拟有限差分方法,J.Compute。物理。,305, 111-126 (2016) ·Zbl 1349.65315号
[34] 利斯卡,R。;Shashkov,M.,二阶椭圆问题线性有限元解的离散最大值原理的实施,Commun。计算。物理。,3, 852-877 (2008) ·Zbl 1199.65381号
[35] 刘,Y。;舒,C.-W。;Zhang,M.,非线性退化抛物方程的高阶有限差分WENO格式,SIAM J.Sci。计算。,33, 939-965 (2011) ·Zbl 1227.65074号
[36] Loubère,R.L。;斯塔利,M。;Wendroff,B.,《修复范式:可压缩流的新算法和应用》,J.Compute。物理。,211, 385-404 (2006) ·Zbl 1138.76406号
[37] 吕杰。;Li,Y.,四边形网格上的最优双二次有限体积元方法,SIAM J.Numer。分析。,50, 2379-2399 (2012) ·Zbl 1263.65117号
[38] 吕杰。;袁,G。;Yue,J.,退化非线性抛物问题有限元解的非负性保持修复技术,数值。数学。西奥。应用方法。,11, 413-436 (2018) ·Zbl 1438.65239号
[39] Ngo,C。;黄伟,多孔介质方程移动网格有限元解的研究,J.Compute。物理。,331, 357-380 (2017) ·Zbl 1378.76110号
[40] 诺切托,R.H。;Verdi,C.,利用数值积分逼近退化抛物型问题,SIAM J.Numer。分析。,25, 784-814 (1988) ·Zbl 0655.65131号
[41] Oberman,A.M.,《退化椭圆方程和抛物方程的收敛差分格式:Hamilton-Jacobi方程和自由边界问题》,SIAM J.Numer。分析。,44, 879-895 (2006) ·Zbl 1124.65103号
[42] Rose,M.E.,多孔介质流动的数值方法I,数学。计算。,40, 435-467 (1983) ·Zbl 0518.76078号
[43] Rulla,J。;Walkington,N.J.,二维退化抛物问题的最优收敛速度,SIAM J.Numer。分析。,33, 56-67 (1996) ·Zbl 0856.65102号
[44] Schmidt,T.,四边形网格上的Box格式,计算,51,271-292(1993)·Zbl 0787.65075号
[45] 沙什科夫,M。;Wendroff,B.,《修复范式与守恒定律的应用》,J.Compute。物理。,198, 265-277 (2004) ·Zbl 1107.65341号
[46] Thomée,V.,抛物问题的Galerkin有限元方法,计算数学中的Springer级数,第25卷(2006),Springer-Verlag:Springer-Verlag Berlin·兹比尔1105.65102
[47] Tomoeda,K。;Mimura,M.,多孔介质方程界面曲线的数值近似,广岛数学。J.,13,273-294(1983)·Zbl 0537.76065号
[48] 王,S。;袁,G。;李,Y。;Sheng,Z.,扩散问题菱形格式的基于修复技术的离散最大值原理,国际数字杂志。《液体方法》,70,1188-1205(2012)·Zbl 1412.65183号
[49] Wang,T。;Gu,Y.,二维泊松方程的超收敛双二次有限体积元方法,J.Compute。申请。数学。,234, 447-460 (2010) ·Zbl 1191.65143号
[50] 王,X。;Li,Y.,(L^2)三角网格上高阶有限体积方法的误差估计,SIAM J.Numer。分析。,54, 2729-2749 (2016) ·Zbl 1348.65155号
[51] Wei博士。;Lefton,L.,多孔介质和快速扩散方程Galerkin近似的先验(L^\rho)误差估计,数学。计算。,68, 971-989 (1999) ·Zbl 0915.76057号
[52] 吴,Z。;尹,J。;李,H。;赵,J.,非线性扩散方程(2001),世界科学出版社:新加坡世界科学出版社·Zbl 0997.35001号
[53] Yue,J。;Yuan,G.,多材料非平衡辐射扩散问题的带时间步长控制的Picard-Newton迭代方法,Commun。计算。物理。,10, 844-866 (2011) ·Zbl 1373.76205号
[54] 张,Q。;吴振华,用局部间断伽辽金有限元法对多孔介质方程进行数值模拟,科学学报。计算。,38, 127-148 (2009) ·Zbl 1203.65193号
[55] 张,Z。;Zou,Q.,椭圆边值问题四边形网格上任意阶顶点中心有限体积格式,Numer。数学。,130, 363-393 (2015) ·Zbl 1338.65233号
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