×

理想特殊相对论磁流体力学的高精度熵稳定节块间断Galerkin格式。 (英语) Zbl 07508357号

摘要:本文研究了理想特殊相对论磁流体力学(RMHD)的高精度熵稳定节块间断Galerkin(DG)格式。它建立在具有特定源项的修正RMHD方程的基础上,该方程类似于Powell的八波公式,可以对称化,从而获得“熵对”。我们设计了一个负担得起的“完全一致”两点熵守恒磁通,它不仅与物理磁通一致,而且保持了零平行磁分量,然后基于求积规则和熵守恒流和稳定流构造高精度的半离散熵稳定差分格式。当粘度系数被选为光速时,Lax-Friedrichs通量被证明是熵稳定的,另外两个熵稳定通量也是通过在我们提出的熵守恒通量中加入耗散项得到的,并通过数值实验从CPU时间和精度方面与Lax-Friedrichs通量进行了比较。所有三个熵稳定的数值通量在一维保持零平行磁分量。所得的熵稳定差分格式满足给定“熵对”的半离散“熵不等式”,并通过使用高阶显式强稳定性保持Runge-Kutta格式及时积分,进一步得到全离散节点差分格式。我们进行了大量的数值试验,以验证在TVB限制器的帮助下,我们的方案的准确性和捕捉不连续性的能力。此外,通过一些数值试验将我们的熵守恒流与现有流进行了比较。结果表明,数值磁通中的零平行磁分量有助于减小一维测试中平行磁分量的误差,但两个熵守恒磁通给出了类似的结果,因为在二维测试中磁场发散的误差似乎占主导地位。

MSC公司:

76倍 流体力学
65-XX岁 数值分析

软件:

XTROEM-FV公司
PDF格式BibTeX公司 XML格式引用

参考文献:

[1] Anile,A.M。;Pennisi,S.,《关于测试相对论磁流体动力学的数学结构》,Ann.Inst.Henri Poincaré,46,27-44(1987)·Zbl 0618.76132号
[2] Antón,L。;Miralles,J.A。;马蒂,J.M。;Ibáñez,J.M。;Aloy,医学硕士。;Mimica,P.,相对论磁流体动力学:重整化特征向量和全波分解Riemann解算器,天体物理学。J.Suppl.系列。,188,1-31(2010年)
[3] Balsara,D.S.,磁场的无散度重建和磁流体力学的WENO方案,J.Compute。物理。,228, 5040-5056 (2009) ·兹比尔1280.76030
[4] Balsara,D.S。;Kim,J.,带有ADER-WENO预测器和基于多维黎曼解算器的校正器的亚光相对论磁流体力学方案,J.Compute。物理。,312, 357-384 (2016) ·Zbl 1351.76157号
[5] Barth,T.J.,《非结构网格上气体动力学系统的数值方法》,(Kroner,D.;Ohlberger,M.;Rohde,C.,《守恒定律理论和数值最新发展导论》,《计算科学与工程讲义》,第5卷(1999),施普林格:施普林格柏林),195-285·Zbl 0969.76040号
[6] Beckwith,K。;Stone,J.M.,多维相对论磁流体力学的二阶Godunov方法,天体物理学。J.Suppl.系列。,193(2011),第29页
[7] 博里亚·D·。;Kumar,H.,相对论流体动力学方程的熵稳定格式,Z.Angew。数学。物理。,71, 1-29 (2020) ·Zbl 1431.65139号
[8] Biswas,B。;Kumar,H.,相对论流体动力学方程的熵稳定间断Galerkin近似(2019)
[9] Bouchut,F。;Bourdarias,C。;Pertham,B.,一种满足所有数值熵不等式的MUSCL方法,数学。计算。,65, 1439-1461 (1996) ·Zbl 0853.65091号
[10] Brackbill,J.U。;Barnes,D.C.,非零(运算符名{nabla}\cdot\boldsymbol{B}=0\)对磁流体动力学方程数值解的影响,J.Compute。物理。,35, 426-430 (1980) ·Zbl 0429.76079号
[11] Carpenter,M.H。;费希尔,T.C。;尼尔森,E.J。;Frankel,S.H.,《Navier-Stokes方程的熵稳定谱配置方案:不连续界面》,SIAM J.Sci。计算。,36,B835-B867(2014)·Zbl 1457.65140号
[12] Chandrashekar,P。;Klingenberg,C.,二维笛卡尔网格上理想可压缩MHD的熵稳定有限体积格式,SIAM J.Numer。分析。,54, 1313-1340 (2016) ·Zbl 1381.76213号
[13] Chen,T。;Shu,C.-W.,熵稳定的高阶间断Galerkin方法,双曲守恒律的合适求积规则,J.Compute。物理。,345, 427-461 (2017) ·Zbl 1380.65253号
[14] Cheng,Y。;Shu,C.-W.,直接求解Hamilton-Jacobi方程的间断Galerkin有限元方法,J.Compute。物理。,223, 398-415 (2007) ·Zbl 1124.65090号
[15] 克兰德尔,M.G。;Majda,A.,标量守恒定律的单调差分近似,数学。计算。,34,1-21(1980年)·Zbl 0423.65052号
[16] A.德纳。;凯姆,F。;Kröner,D。;蒙兹,C.-D。;Schnitzer,T。;Wesenberg,M.,MHD方程的双曲散度清理,J.Compute。物理。,175, 645-673 (2002) ·Zbl 1059.76040号
[17] 德尔·赞纳,L。;Bucciantini,N.,《多维相对论流的一种有效的震荡捕获中心型方案》,I:流体力学,Astron。天体物理学。,3901177-1186(2002年)·Zbl 1209.76022号
[18] 德尔·赞纳,L。;布契亚蒂尼,N。;Londrilo,P.,多维相对论流的一种有效的冲击捕获中心型方案,II:磁流体力学,Astron。天体物理学。,400, 397-413 (2003) ·兹比尔1222.76122
[19] Derigs,D。;温特斯,A.R。;加斯纳,G.J。;Walch,S.,理想MHD离散熵稳定耗散算符的新型平均技术,J.Compute。物理。,330, 624-632 (2017) ·Zbl 1378.76131号
[20] Derigs,D。;温特斯,A.R。;加斯纳,G.J。;Walch,S。;Bohm,M.,《理想GLM-MHD:关于熵一致的九波磁场散度衰减理想磁流体动力学方程》,J.Compute。物理。,364, 420-467 (2018) ·Zbl 1392.76037号
[21] Dolezal,A。;Wong,S.S.M.,相对论流体动力学和本质上非振荡激波捕获方案,J.Compute。物理。,120266-277(1995年)·Zbl 0840.76047号
[22] Duan,J.M。;Tang,H.Z.,一维和二维特殊相对论流体力学的高精度熵稳定有限差分格式,Adv.Appl。数学。机械。,12, 1-29 (2020) ·Zbl 1488.65238号
[23] Duan,J.M。;Tang,H.Z.,浅水磁流体力学的高精度熵稳定有限差分格式(2020)
[24] Eulderink,F。;Mellema,G.,《带Roe解算器的广义相对论流体力学》,Astron。天体物理学。补充序列号。,110, 587-623 (1995)
[25] 埃文斯,C.R。;Hawley,J.F.,《磁流体动力学流动模拟:约束传输方法》,天体物理学。J.,332659-677(1988)
[26] 费希尔,T.C。;Carpenter,M.H.,非线性守恒律的高阶熵稳定有限差分格式:有限域,J.Compute。物理。,252, 518-557 (2013) ·Zbl 1349.65293号
[27] 美国峡湾。;米什拉,S。;Tadmor,E.,守恒定律系统的任意高阶精确熵稳定本质非振荡格式,SIAM J.Numer。分析。,50, 544-573 (2012) ·Zbl 1252.65150号
[28] 美国峡湾。;米什拉,S。;Tadmor,E.,浅水方程的能量守恒和能量稳定方案,(Cucker,F.;Pinkus,A.;Todd,M.,《计算数学发现会议录》,香港,2008(2009),剑桥大学出版社),93-139·Zbl 1381.76236号
[29] Font,J.A.,广义相对论中的数值流体力学和磁流体力学,《相对论生活评论》。,11, 7 (2008) ·Zbl 1166.83003号
[30] 加斯纳,G.J。;温特斯,A.R。;Kopriva,D.A.,浅水方程的一种平衡且熵守恒的间断Galerkin谱元方法,应用。数学。计算。,272, 291-308 (2016) ·Zbl 1410.65393号
[31] Godunov,S.K.,磁流体动力学方程的对称形式,Num.Meth。机械。Cont.Media,1,26-34(1972)
[32] Gottlieb,S。;舒,C.-W。;Tadmor,E.,具有强稳定性的高阶时间离散化,SIAM Rev.,43,89-112(2001)·Zbl 0967.65098号
[33] Harten,A.,关于一类高分辨率TVD稳定有限差分格式,SIAM J.Numer。分析。,21, 1-23 (1984) ·Zbl 0547.65062号
[34] 何,P。;Tang,H.Z.,二维相对论流体力学的自适应移动网格方法,Commun。计算。物理。,11, 114-146 (2012) ·Zbl 1373.76354号
[35] 何,P。;Tang,H.Z.二维相对论磁流体动力学的自适应移动网格方法,计算机。流体,60,1-20(2012)·Zbl 1365.76337号
[36] Hiltebrand,A。;Mishra,S.,守恒定律系统的熵稳定激波捕获时空间断Galerkin格式,Numer。数学。,126, 103-151 (2014) ·Zbl 1303.65083号
[37] 休斯·T·J。;Franca,L。;Mallet,M.,《计算流体动力学的新有限元公式:I.可压缩Euler和Navier-Stokes方程的对称形式和热力学第二定律》,计算。方法应用。机械。工程,54,223-234(1986)·Zbl 0572.76068号
[38] 伊斯梅尔,F。;Roe,P.L.,负担得起的、熵一致的Euler通量函数II:冲击时的熵产生,J.Compute。物理。,228, 5410-5436 (2009) ·Zbl 1280.76015号
[39] 蒋国胜(Jiang,G.S.)。;Shu,C.-W.,关于间断Galerkin方法的细胞熵不等式,数学。计算。,第62/531-538页(1994年)·Zbl 0801.65098号
[40] 科尔多巴公司。;库兹涅佐夫,O.A。;Ustyugova,G.V.,相对论磁流体力学的近似黎曼解算器,蒙大拿州。不是。R.阿斯顿。《社会》,333932-942(2002)
[41] Krivodonova,L。;Xin,J。;Remacle,J.-F。;Chevaugeon,N。;Flaherty,J.E.,双曲守恒律的冲击检测和间断Galerkin方法限制,应用。数字。数学。,48, 323-338 (2004) ·Zbl 1038.65096号
[42] LeFloch,P.G。;Mercier,J.-M。;Rohde,C.,任意阶全离散熵守恒格式,SIAM J.Numer。分析。,40, 1968-1992 (2002) ·Zbl 1033.65073号
[43] Li,F.Y。;Shu,C.-W.,MHD方程的无局部发散间断Galerkin方法,科学杂志。计算。,22, 413-442 (2005) ·Zbl 1123.76341号
[44] Li,F.Y。;徐立伟。;Yakovlev,S.,理想磁流体动力学方程的中心间断Galerkin方法和完全无发散磁场,J.Compute。物理。,230, 4828-4847 (2011) ·Zbl 1416.76117号
[45] Ling博士。;Duan,J.M。;Tang,H.Z.,《一维和二维特殊相对论流体力学的物理约束-保留拉格朗日有限体积格式》,J.Compute。物理。,396, 507-543 (2019) ·兹比尔1452.76121
[46] 刘,Y。;舒,C.-W。;Zhang,M.,结构网格上理想可压缩MHD的熵稳定高阶间断Galerkin方法,J.Compute。物理。,354, 163-178 (2018) ·Zbl 1380.76162号
[47] Londrilo,P。;Del Zanna,L.,《关于理想磁流体力学Godunov型格式中的无发散条件:迎风约束输运方法》,J.Compute。物理。,195, 17-48 (2004) ·Zbl 1087.76074号
[48] 马蒂,J.M。;Müller,E.,将分段抛物线方法推广到一维相对论流体力学,J.Compute。物理。,123, 1-14 (1996) ·Zbl 0839.76056号
[49] 马蒂,J.M。;Müller,E.,狭义相对论中的数值流体力学,《相对论生活评论》。,2003年6月7日·Zbl 1068.83502号
[50] 马蒂,J.M。;Müller,E.,《相对论流体力学和磁流体力学中基于网格的方法》,《生活评论计算》。天体物理学。,1, 3 (2015)
[51] 五月,M.M。;怀特,R.H.,广义相对论坍缩的流体动力学计算,物理学。版本1411232-1241(1966)
[52] 五月,M.M。;White,R.H.,《恒星动力学与引力坍缩》,(Alder,B.;Fernbach,S.;Rotenberg,M.,《计算物理方法》,第7卷(1967),学术:纽约学术出版社),219-258
[53] Merriam,M.L.,《基于熵的非线性稳定性方法》(1989),NASA-TM-101086
[54] 米农,A。;Bodo,G.,相对论流动的HLLC-Riemann解算器I-流体动力学,孟买。不是。R.阿斯顿。《社会学杂志》,364126-136(2005)
[55] 米农,A。;Bodo,G.,相对论流的HLLC-Riemann解算器II-磁流体力学,孟买。不是。R.阿斯顿。Soc.,3681040-1054(2006)
[56] 米农,A。;Plewa,T。;Bodo,G.,多维相对论流体动力学的分段抛物线方法,Astron。天体物理学。补充序列号。,160, 199-219 (2005)
[57] 米农,A。;Ugliano,M。;Bodo,G.,相对论磁流体力学的五波Harten-Lax-van-Leer-Riemann解算器,孟买。不是。R.阿斯顿。Soc.,3931141-1156(2009年)
[58] Nüñez-de la Rosa,J。;Munz,C.D.,XTROEM-FV:基于非常高阶有限体积方法的计算天体物理学新代码-II。相对论流体和磁流体动力学,蒙大拿州。不是。R.阿斯顿。Soc.,460,535-559(2016年)
[59] Osher,S.,Riemann解算器,熵条件和差分近似,SIAM J.Numer。分析。,21, 217-235 (1984) ·Zbl 0592.65069号
[60] Osher,S。;Tadmor,E.,关于差分近似对标量守恒定律的收敛性,数学。计算。,50, 19-51 (1988) ·Zbl 0637.65091号
[61] Powell,K.,《磁流体动力学的近似Riemann解算器(适用于多个维度)》(1994年),ICASE,NASA Langley,技术94-24
[62] 雷佐拉,L。;Zanotti,O.,相对论流体动力学(2013),牛津大学出版社·Zbl 1297.76002号
[63] Rossmanith,J.A.,《磁流体动力流动的非聚集、高分辨率约束传输方法》,SIAM J.Sci。计算。,28, 1766-1797 (2006) ·Zbl 1344.76092号
[64] 施耐德,V。;Katscher,美国。;里施克,D.H。;Waldhauser,B。;Maruhn,J.A。;Munz,C.D.,超相对论数值流体力学的新算法,J.Compute。物理。,105, 92-107 (1993) ·Zbl 0779.76062号
[65] Tadmor,E.,守恒定律系统熵稳定格式的数值粘性,I.数学。公司。,49, 91-103 (1987) ·Zbl 0641.65068号
[66] Tadmor,E.,非线性守恒定律差分近似的熵稳定性理论和相关的含时问题,Acta Numer。,451-512 (2004) ·Zbl 1046.65078号
[67] Tóth,G.,《冲击捕获磁流体力学代码中的\(operatorname{\nabla}\cdot\boldsymbol{B}=0\)约束》,J.Compute。物理。,161, 605-652 (2000) ·Zbl 0980.76051号
[68] Wilson,J.R.,克尔空间中流体流动的数值研究,天体物理学。J.,173,431-438(1972)
[69] 温特斯,A.R。;Gassner,G.J.,理想MHD方程的可承受、熵守恒和熵稳定通量函数,J.Compute。物理。,304, 72-108 (2016) ·Zbl 1349.76407号
[70] Wu,K.L.,广义相对论流体力学可证明物理约束保持方法的设计,物理学。D版,95,第103001条pp.(2017)
[71] Wu,K.L。;Shu,C.-W.,相对论MHD方程的熵对称化和高精度熵稳定数值格式,SIAM J.Sci。计算。,42,A2230-A2261(2020),验收人·Zbl 1450.65089号
[72] Wu,K.L。;Tang,H.Z.,球对称广义相对论流体力学的直接欧拉GRP格式,SIAM J.Sci。计算。,38,B458-B489(2016)·Zbl 1419.76468号
[73] Wu,K.L。;Tang,H.Z.,特殊相对论磁流体力学的可容许状态和物理约束保持数值格式,数学。模型方法应用。科学。,27, 1871-1928 (2017) ·兹比尔1371.76096
[74] Wu,K.L。;Tang,H.Z.,特殊相对论流体力学的高精度物理约束提供有限差分WENO格式,J.Compute。物理。,298, 539-564 (2015) ·兹比尔1349.76550
[75] Wu,K.L。;Tang,H.Z.,《关于具有一般状态方程的特殊相对论磁流体力学的物理约束提供方案》,Z.Angew。数学。物理。,69, 84 (2018) ·Zbl 1394.65149号
[76] Wu,K.L。;Tang,H.Z.,物理约束提供了具有一般状态方程的特殊相对论流体力学的中心间断Galerkin方法,天体物理学。J.Suppl.系列。,228, 3 (2017)
[77] Wu,K.L。;杨振聪。;Tang,H.Z.,一维相对论流体力学的三阶精确直接欧拉GRP格式,东亚应用杂志。数学。,495-131(2014年)·Zbl 1309.76145号
[78] 杨振聪。;何,P。;Tang,H.Z.,相对论流体力学的直接欧拉GRP方案:一维情况,J.Compute。物理。,230, 7964-7987 (2011) ·Zbl 1408.76597号
[79] 杨振聪。;Tang,H.Z.,相对论流体力学的直接欧拉GRP方案:二维情况,J.Compute。物理。,231, 2116-2139 (2012) ·Zbl 1408.76598号
[80] Yuan,Y.H。;Tang,H.Z.,一维和二维特殊相对论流体力学的两阶段四阶精确时间离散,J.Compute。数学。,38, 768-796 (2020) ·Zbl 1463.65269号
[81] 赵,J。;Tang,H.Z.,特殊相对论流体力学中带WENO限制器的Runge-Kutta间断Galerkin方法,J.Compute。物理。,242, 138-168 (2013) ·Zbl 1314.76035号
[82] 赵,J。;Tang,H.Z.,特殊相对论磁流体力学的Runge-Kutta间断Galerkin方法,J.Compute。物理。,343, 33-72 (2017) ·Zbl 1380.76048号
此参考列表基于出版商或数字数学图书馆提供的信息。其项与zbMATH标识符进行启发式匹配,可能包含数据转换错误。在某些情况下,zbMATH Open的数据对这些数据进行了补充/增强。这试图尽可能准确地反映原始论文中列出的参考文献,而不要求完整或完全匹配。