×

求解稳态Boussinesq方程的解耦并行迭代有限元方法。 (英语) Zbl 1513.65465号

总结:本文提出并分析了求解稳态Boussinesq方程的解耦并行迭代有限元方法。从初始猜测开始,设计了一种迭代算法,在对前一步迭代解进行显式处理的基础上,将Naiver-Stokes方程和热方程解耦。在迭代的每一步,可以使用有限元离散化并行求解这两个方程。证明了算法每一步解的存在唯一性。并进行了稳定性分析和误差估计。通过数值试验验证了分析结果,并说明了该方法的适用性。

MSC公司:

65N30型 含偏微分方程边值问题的有限元、Rayleigh-Ritz和Galerkin方法
35季度30 Navier-Stokes方程
65N12号 含偏微分方程边值问题数值方法的稳定性和收敛性
65奈拉 涉及偏微分方程的边值问题的误差界
76D05型 不可压缩粘性流体的Navier-Stokes方程
76兰特 自由对流
PDF格式BibTeX公司 XML格式引用
全文: 链接

参考文献:

[1] R.A.Adams和J.J.F.Fournier。Sobolev空间。Acdemic出版社,阿姆斯特丹,2003年·Zbl 1098.46001号
[2] A.A.O.Ammi和M.Marion。非线性Galerkin方法和混合有限元:Navier-Stokes方程的双网格算法。数字。数学。,68(2):189-213, 1994. ·Zbl 0811.76035号
[3] I.Babuška和G.N.Gatica。斯托克斯-达西耦合问题的基于残差的后验误差估计。SIAM J.数字。分析。,48(2):498-523, 2010. ·Zbl 1410.76148号
[4] F.Bayrak、H.F.Oztop和F.Selimefendigil。自然对流条件下不同翅片参数对光伏板冷却温度和效率的影响。解决方案。能源,188:484-4942019年。
[5] J.Boland和W.Layton。稳态自然对流问题有限元方法的误差分析。数字。功能。分析。最佳。,1990年11月449-483日·Zbl 0714.76090号
[6] Y.Boubendir和S.Tlupova。用边界积分求解Stokes Darcy问题的区域分解方法。SIAM J.科学。计算。,35(1):B82-B106,2013年·Zbl 1372.76077号
[7] J.H.Bramble、J.E.Pasciak和A.H.Schatz。利用子结构构造椭圆问题的预条件。I.数学。公司。,47(175):103-134, 1986. ·Zbl 0615.65112号
[8] 蔡敏儿、穆敏儿和徐智杰。采用双网格方法对Navier-Stokes/Darcy混合模型进行数值求解。SIAM J.数字。分析。,47(5):3325-3338, 2009. ·Zbl 1213.76131号
[9] X.C.蔡。抛物型对流扩散方程的加性Schwarz算法。数字。数学。,60(1):41-611991年·Zbl 0737.65078号
[10] X.C.蔡。抛物问题的乘法Schwarz方法。数值线性代数中的迭代方法。SIAM J.科学。计算。,15(3):587-603, 1994. ·Zbl 0803.65096号
[11] 曹毅、朱毅、何晓明和魏敏君。将静止Navier-Stokes-Darcy系统与Beavers-Joseph-Saffman接口条件解耦。文章摘要。申请。分析。,第136483页,共10页,2013年·Zbl 1311.76131号
[12] Y.Cao、M.Gunzburger、X.-M.He和X.Wang。具有Beaver-Joseph界面条件的稳态Stokes-Darcy模型的Robin-Robin区域分解方法。数字。数学。,117(4):601-629, 2011. ·Zbl 1305.76072号
[13] Y.Cao、M.Gunzburger、X.-M.He和X.Wang。含时Stokes-Darcy系统的并行、非迭代、多物理区域分解方法。数学。公司。,83(288):1617-1644, 2014. ·Zbl 1457.65089号
[14] A.乔比克和S.卡亚。稳态自然对流问题的基于投影的稳定有限元方法。数学杂志。分析。申请。,381(2):469-484, 2011. ·Zbl 1331.76066号
[15] Q.Cheng、X.Yang和J.Shen。流体动力学耦合相场二嵌段共聚物模型的高效精确数值格式。J.计算。物理。,341:44-60, 2017. ·兹比尔1380.65203
[16] P.西亚雷特。椭圆问题的有限元方法。荷兰北部,阿姆斯特丹,1979年。
[17] J.M.Connors、J.S.Howell和W.J.Layton。抛物型两域问题的分区时间步长。SIAM J.数字。分析。,47(5):3526-3549, 2009. ·Zbl 1204.65120号
[18] C.N.Dawson和T.F.Dupont。抛物问题的显式/隐式保守Galerkin域分解程序。数学。公司。,58(197):21-34, 1992. ·Zbl 0746.65072号
[19] C.N.Dawson和T.F.Dupont。基于以块为中心的有限差分的抛物问题的显式/隐式保守区域分解过程。SIAM J.数字。分析。,31(4):1045-1061994年·Zbl 0806.65093号
[20] D.Y.Demezhko、M.G.Mindubaev和B.D.Khatskevich。钻孔中自然对流的热效应。俄罗斯地质。地球物理学。,58(10):1270-1276, 2017.
[21] T.Dietrich、C.Röcker、T.Graf和M.A.Ahmed。薄圆盘激光器中自然对流的模拟。申请。物理学。B、 126(3):2020年1-7月。
[22] M.Discacciati和L.Gerardo-Giorda。Stokes-Darcy耦合的优化Schwarz方法。IMA J.数字。分析。,38(4):19591983, 2018. ·Zbl 1477.65258号
[23] M.Disacciati、E.Miglio和A.Quarteroni。地表水流和地下水水流耦合的数学和数值模型。申请。数字。数学。,43(1-2):57-74, 2002. ·Zbl 1023.76048号
[24] M.Disacciati、A.Quarteroni和A.Valli。斯托克斯-达西耦合的Robin-Robin域分解方法。SIAM J.数字。分析。,45(3):1246-1268, 2007. ·Zbl 1139.76030号
[25] M.Dryja和X.Tu.抛物问题的区域分解离散化。数字。数学,107(4):625-6402007·Zbl 1130.65097号
[26] 杜振宁、穆敏洪和吴振南。抛物型问题的高效并行算法。SIAM J.数字。分析。,39(5):1469-1487, 2001/02. ·Zbl 1013.65090号
[27] W.Feng、X.-M.He、Z.Wang和X.Zhang。具有Beavers-Joseph界面条件的非平稳Stokes-Darcy模型的非迭代区域分解方法。申请。数学。计算。,219(2):453-463, 2012. ·Zbl 1302.76173号
[28] 甘德先生。优化的schwarz方法。SIAM J.数字。分析。,44(2):699-731, 2006. ·Zbl 1117.65165号
[29] M.J.Gander、F.Magoulès和F.Nataf。针对亥姆霍兹方程,优化了无重叠的施瓦兹方法。SIAM J.科学。计算。,24(1):38-602002年·Zbl 1021.65061号
[30] M.J.Gander和H.Zhang。亥姆霍兹方程的一类迭代求解器:因子化、扫描预条件、源传输、单层势、极化轨迹和优化的Schwarz方法。SIAM版本,61(1):2019年3月76日·Zbl 1417.65216号
[31] Y.Gao、D.Han、X.-M.He和U.Ru de。不同密度和粘度的Cahn-Hilliard-Navier-Stokes-Darcy系统的无条件稳定数值方法。J.Com-输入。物理。,454:#110968, 2022. ·Zbl 07518057号
[32] Y.Gao、X.-M.He、L.Mei和X.Yang。Cahn-Hilliard-Navier-Stokes-Darcy相场模型的解耦、线性和能量稳定有限元方法。SIAM J.科学。计算。,40(1):B110-B1372018年·Zbl 1426.76261号
[33] Y.Gao、X.-M.He和Y.Nie。Cahn-Hilliard-Darcy系统的二阶、完全解耦、线性化和无条件稳定SAV方案。数字。方法偏微分方程,第doi:10.1002/num.228292022页·Zbl 07779674号 ·doi:10.1002/num.22829
[34] G.N.Gatica、S.Meddahi和R.Oyarzüa。流体流动与多孔介质流动耦合的协调混合有限元方法。IMA J.数字。分析。,29(1):86-108, 2009. ·Zbl 1157.76025号
[35] V.Girault和P.Raviart。Navier-Stokes方程的有限元方法。施普林格·弗拉格,柏林,1986年·Zbl 0585.65077号
[36] M.Gunzburger、X.-M.He和B.Li。关于Ritz投影和多步后向差分格式在Stokes-Darcy模型解耦中的应用。SIAM J.数字。分析。,56(1):397-427, 2018. ·Zbl 1465.65094号
[37] B.Gvozdić、O.Dung、E.Alméras、D.F.van Gils、D.Lohse、S.G.Huisman和C.Sun。非均匀泡状流传热的实验研究。化学。工程科学。,198:260-267, 2019.
[38] X.-M.He、N.Jiang和C.Qiu。具有随机水力传导率和界面条件的随机Stokes-Darcy模型的人工压缩系数集成算法。国际期刊数字。方法。工程,121(4):712-7392020。
[39] 何新民、李杰、林玉英和明杰。具有Beavers-Joseph界面条件的稳态Navier-Stokes-Darcy模型的区域分解方法。SIAM J.科学。计算。,37(5):S264-S2902015年·Zbl 1325.76119号
[40] J.Hou、D.Hu、X.-M.He和C.Qiu。双容性Navier-Stokes系统的建模和Robin型解耦有限元方法,并应用于多级压裂水平井筒周围的流动。计算。方法。申请。机械。工程,388:#1142482022·Zbl 1507.76199号
[41] P.Huang。一种求解自然对流方程的高效双层有限元算法。申请。数字。数学。,118:75-86, 2017. ·Zbl 1367.65170号
[42] P.Huang和W.Li an Z.Si。不同瑞利数下定常自然对流方程的几种迭代格式。数字。方法偏微分方程,31(3),2014。
[43] P.Huang、J.Zhao和X.Feng。基于稳定非协调方法的传导方程的oseen格式。申请。数学。型号1。,38:535-547, 2014. ·Zbl 1427.65365号
[44] P.Huang、J.Zhao和X.Feng。基于稳定非协调方法的传导方程的oseen格式。申请。数学。型号1。,2014年第38:535-547页·Zbl 1427.65365号
[45] Q.Huang、X.Yang和X.-M.He。模拟液晶流动模型的数值近似:一阶、线性、解耦和能量稳定方案。离散连续。动态。系统。序列号。B、 23(6):2177-21922018年·Zbl 1408.65094号
[46] T.Jangveladze和Z.Kiguradze。一类非线性多维积分微分抛物方程的唯一可解性和分解方法。国际期刊数字。分析。国防部。,17:806-819, 2020. ·Zbl 1484.45009号
[47] H.Jiang、X.Zhu、V.Mathai、X.Yang、R.Verzicco、D.Lohse和C.Sun。垂直自然对流中沿棘轮表面的对流换热。流体力学杂志。,873:1055-1071, 2019. ·Zbl 1419.76288号
[48] L.M.吉吉。热对流。施普林格-柏林-海德堡,柏林,海德堡。
[49] H.Kivioja和J.Vinha。热箱测量以研究高隔热松散填充隔热屋顶结构的内部对流。能源建设。,216:109934, 2020.
[50] D.Kumar和B.Premachandran。大气风对基于自然对流的太阳能空气加热器的影响。埋。J.热学。科学。,873:1055-1071, 2019.
[51] W.J.Layton、F.Schieweck和I.Yotov。将流体流动与多孔介质流动耦合。SIAM J.数字。分析。,40(6):2195-2218, 2002. ·Zbl 1037.76014号
[52] F.Lin、X.-M.He和X.Wen。新Allen-Cahn型方形相场晶体模型的快速、无条件能量稳定大时间步进方法。申请。数学。莱特。,92:248-255, 2019. ·Zbl 1433.65250号
[53] P.-L.狮子。关于Schwarz交替法。I.在第一届偏微分方程领域分解方法国际研讨会上(巴黎,1987年),第1-42页。SIAM,宾夕法尼亚州费城,1988年·Zbl 0658.65090号
[54] P.-L.狮子。关于Schwarz交替法。三、 非重叠subdo-mains的变体。第三届偏微分方程区域分解方法国际研讨会(德克萨斯州休斯顿,1989年),第202-223页。宾夕法尼亚州费城SIAM,1990年·Zbl 0704.65090号
[55] 刘毅、何毅、李旭和何旭明。具有Beavers-Joseph界面条件的Stokes-Darcy系统Robin-Robin区域分解方法的收敛性分析。申请。数学。莱特。,119:#107181, 2021. ·Zbl 1476.76050号
[56] C.Lu、J.Wan、Y.Cao和X.-M.He。Kaufman型放电问题的三维各向异性浸没有限元全解耦迭代方法。计算。方法。申请。机械。工程,372:#1133452020·Zbl 1506.65010号
[57] Z.D.Loo和X.M.Lu。稳态传导对流问题的最小二乘galerkin/petrov混合有限元方法。数学。数字。罪。,25:231-244, 2003. ·Zbl 1495.65218号
[58] Md.A.Al Mahbub、X.-M.He、N.J.Nasu、C.Qiu、Y.Wang和H.Zheng。闭环地热系统的耦合多物理模型和解耦稳定有限元方法。SIAM J.科学。计算。,42(4):B951-B9822020年·Zbl 1459.76076号
[59] Md.A.Al Mahbub、X.-M.He、N.J.Nasu、C.Qiu和H.Zheng。非平稳双容性Stokes流体流动模型的耦合和解耦稳定混合有限元方法。国际期刊数字。方法。工程,120(6):803-8332019。
[60] M.Marion和J.Xu。基于双网格有限元的非线性galerkin方法的误差估计。SIAM J.数字。分析。,32(4):1170-1184, 1995. ·Zbl 0853.65092号
[61] M.Mu和J.Xu。流体流动与多孔介质流动耦合的混合Stokes-Darcy模型的双网格方法。SIAM J.数字。分析。,45(5):1801-1813, 2007. ·Zbl 1146.76031号
[62] 穆先生和朱先生。非平稳混合Stokes-Darcy模型的解耦方案。数学。公司。,79(270):707-731, 2010. ·Zbl 1369.76026号
[63] J.P.Panda、K.Sasmal和H.V.Warrior。地球物理流中湍流自然对流的非线性涡粘性模型。国际。J.环境。经济。工程,12(3):182-1892018。
[64] Z.Qiao、S.Sun、T.Zhang和Y.Zhang。采用Peng-Robinson状态方程及其标量辅助变量(SAV)方法建立了一种新的多组分扩散界面模型。Commun公司。计算。物理。,26(5):1597-1616, 2019. ·Zbl 1473.65260号
[65] C.Qiu,X.-M.He,J.Li,Y.Lin.含Beavers-Joseph界面条件和缺陷边界条件的含时Navier-Stokes-Darcy模型的区域分解方法。J.计算。物理。,411:#109400, 2020. ·Zbl 1436.65135号
[66] A.Quartroni和A.Valli。偏微分方程的区域分解方法。数值数学和科学计算。牛津科学出版社,纽约,1999年·Zbl 0931.65118号
[67] M.Sarai和D.Liang。麦克斯韦方程组的均匀循环高阶分裂时域有限差分方法。国际期刊数字。分析。国防部。,18:79-99, 2021. ·Zbl 1471.65174号
[68] L.Shan和H.Zheng。Beavers-Joseph界面条件下全演化Stokes-Darcy流的分区时间步长法。SIAM J.数字。分析。,51(2):813-839, 2013. ·Zbl 1268.76035号
[69] J.Shen、J.Xu和J.Yang。梯度流的标量辅助变量(SAV)方法。J.计算。物理。,353:407-416, 2018. ·Zbl 1380.65181号
[70] J.Shen、J.Xu和J.Yang。一类新的高效且鲁棒的梯度流能量稳定格式。SIAM版本,61(3):474-5062019·Zbl 1422.65080号
[71] J.Shen和X.Yang。两相不可压缩流相场模型的解耦能量稳定格式。SIAM J.数字。分析。,53(1):279-296, 2015. ·兹比尔1327.65178
[72] D.Shi和J.Ren。稳态传导方程的非协调混合有限元方法。国际期刊数字。分析。型号。,6(2):293-31, 2009. ·Zbl 1165.65080号
[73] 史浩和廖浩。热方程并行逼近的修正显式隐式域分解定位算法的无条件稳定性。SIAM J.数字。分析。,44(4):1584-1611, 2006. ·Zbl 1125.65087号
[74] Z.Si、Y.Shang和T.Zhang。求解稳态传导对流问题的新的一级和二级牛顿迭代混合有限元方法。有限元素。分析。设计。,47(2):175-183, 2011.
[75] T.Sohail、B.Gayen和A.McC。霍格。海洋对流期间混合层加深的动力学。《物理学杂志》。海洋学家。,50(6):1625-1641, 2020.
[76] C.Taylor和P.Hood。使用有限元技术对navier-stokes方程进行数值求解。计算。流体,1(1):73-1001973·Zbl 0328.76020号
[77] R.特曼。Navier-Stokes方程理论和数值分析。北霍兰德,阿姆斯特丹,1979年·Zbl 0426.35003号
[78] E.Toghroli和S.A.R.Gandjalikhan Nassab。考虑填充气体自然对流和辐射联合作用的斜双层窗的数值分析。莫达雷斯机械。工程,19(9):2235-22452019。
[79] A.Toselli和O.Widlund。区域分解方法——算法和理论,《计算数学中的Springer系列》第34卷。Springer-Verlag,柏林,2005年·Zbl 1069.65138号
[80] E.A.Villagrán、E.J.B.Romero和C.R.Bojacá。热带山地气候下三种农业生产温室自然通风的瞬态cfd分析。生物晶体。工程,188:288-3042019年。
[81] 徐雪梅、陈雪梅、杨雪梅和何雪梅。流体动力学耦合二元表面活性剂相场模型的数值近似:二阶线性无条件能量稳定格式。Commun公司。数学。科学。,17(3):835-858, 2019. ·兹比尔1450.65090
[82] J.Xu。半线性椭圆方程的一种新的双网格方法。SIAM J.科学。计算。,15(1):231-237, 1994. ·Zbl 0795.65077号
[83] J.Xu。线性和非线性偏微分方程的双网格离散技术。SIAM J.数字。分析。,33(5):1759-1777, 1996. ·Zbl 0860.65119号
[84] J.Xu和J.Zou。一些非重叠区域分解方法。SIAM版本,40(4):857-9141998·Zbl 0913.65115号
[85] X.杨。守恒Allen-Cahn型流动耦合二元表面活性剂模型的一种新的完全解耦、二阶和能量稳定的数值格式。计算。方法。申请。机械。工程,373:#1135022021·Zbl 1506.65173号
[86] X.杨。采用稳定不变能量平方(S-IEQ)方法,对流体动力学耦合的三分量Cahn-Hilliard相场模型进行了高效且能量稳定的格式。J.计算。物理。,438:110342, 2021. ·Zbl 07505949号
[87] X.杨。二元流体-表面活性剂相场模型的新型完全解耦二阶精确能量稳定数值格式。SIAM J.科学。计算。,43(2):B479-B5072021年·Zbl 1478.65100号
[88] X.Yang和D.Han。相场晶体方程的线性一阶和二阶无条件能量稳定格式。J.计算。物理。,330:1116-1134, 2017. ·Zbl 1380.65209号
[89] X.Yang和X.-M.He。针对三相流体流动系统的守恒AllenCahn型相场模型,提出了一种全离散解耦有限元方法。计算。方法。申请。机械。工程,389:#1143762022·Zbl 1507.76126号
[90] X.Yang和L.Ju。二元流体-表面活性剂相场模型的线性和无条件能量稳定格式。计算。方法应用。机械。工程师,318:1005-10292017·Zbl 1439.76029号
[91] X.Yang、J.Zhao和X.-M.He。使用不变能量二次化方法求解具有双曲松弛的粘性Cahn-Hilliard方程的线性、二阶和无条件能量稳定格式。J.计算。申请。数学。,343(1):80-97, 2018. ·Zbl 1462.65117号
[92] X.Yang、J.Zhao和Q.Wang。基于不变能量求积方法的分子束外延生长模型的数值近似。J.计算。物理。,333:104-127, 2017. ·Zbl 1375.82121号
[93] 杨玉斌和姜玉立。时间相关自然对流问题的一类imex方法的数值分析和计算。计算。方法应用。数学。,16(2):321-344, 2016. ·Zbl 1336.65155号
[94] G.Zhang、X.-M.He和X.Yang。磁流体动力学方程的解耦线性无条件能量稳定格式及其有限元离散。科学杂志。计算。,81:1678-17112019年·Zbl 1432.76172号
[95] G.Zhang、X.-M.He和X.Yang。两相铁流体动力学模型的解耦、线性和无条件能量稳定的全离散有限元数值格式。SIAM J.科学。计算。,43(1):B167-B1932021·Zbl 1469.65152号
[96] G.Zhang、X.-M.He和X.Yang。针对不可压缩MHD方程,提出了一种具有二阶时间精度和无条件能量稳定性的完全解耦线性化有限元方法。J.计算。物理。,448:#110752, 2022. ·Zbl 07516828号
[97] H.Zhang、X.Yang和J.Zhang。无斜率截面分子束外延模型的稳定不变能量求积(S-IEQ)方法。国际期刊数字。分析。型号。,18:642-655, 2021. ·Zbl 1499.65547号
[98] J.Zhang和X.Yang。具有精确非局部质量守恒的新型L2颗粒流相场晶体模型的数值近似。计算。物理学。社区。,243:51-67, 2019. ·Zbl 07674815号
[99] J.Zhang和X.Yang。面心立方(FCC)有序结构双模相场晶体模型的有效数值格式。申请。数字。数学。,146:13-37, 2019. ·Zbl 1428.65017号
[100] J.Zhang和X.Yang。铁磁固体材料磁耦合相场晶体模型的高效精确数值格式。计算。方法应用。机械。工程,371:1131102020·兹比尔1506.74122
[101] Y.Zhang、Y.Hou和H.Zuo。传导对流问题的后验误差估计和自适应计算。申请。数学。型号1。,35:2336-2347, 2011. ·Zbl 1217.76040号
[102] J.Zhao、X.Yang、J.Shen和Q.Wang。向列相液晶和粘性流体混合物的流体动力学相场模型的解耦能量稳定格式。J.计算。物理。,305:539-556, 2016. ·Zbl 1349.76019号
[103] Z.Zheng、B.Simeon和L.Petzold。一种稳定的基于显式拉格朗日乘子的抛物问题区域分解方法。J.计算。物理。,227(10):5272-5285, 2008. ·兹比尔1142.65076
[104] L.Zhu、G.Yuan和Q.Du。对流扩散方程的一种有效的显式/隐式区域分解方法。数字。方法偏微分方程,26(4):852-8732010·Zbl 1196.65160号
[105] 庄毅和孙晓红。抛物型方程数值解的稳定显式隐式区域分解方法。SIAM J.科学。计算。,24(1):335-358, 2002. 西安交通大学数学与统计学院,中国西安710049,E-mail:hyyalpha@163.com ·Zbl 1013.65106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。