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网络中刚性双曲平衡定律的连接广义黎曼问题:隐式求解器和ADER格式。 (英语) Zbl 1349.76318号

摘要:本文基于最近提出的求解双曲平衡律系统广义黎曼问题(GRP)的隐式方法,设计了一种新的连接广义黎曼(J-GRP)隐式解算器。我们使用新的J-GRP解算器构造了一个全局显式、局部隐式且在空间和时间上没有理论精度障碍的ADER格式。由此得到的ADER格式能够处理刚性源项,并且可以应用于由一维子域网络组成的区域中双曲平衡律的非线性系统。在本文中,我们将数值技术具体应用于血管网络。我们报告了一个具有精确解的测试问题,该问题是一个简化的三艘船舶网络,在一个单一的交叉点相遇,然后使用该网络对所提出的高阶数值方法进行系统的收敛速度研究。实现并测试了空间和时间精度达到五阶的方案。然后,我们通过船舶网络中的数值模拟,展示了ADER方案处理刚性源的能力。对由37个兼容硅管(动脉)和21个接头组成的网络组成的物理测试问题的应用表明,必须在接头处使用高阶方法,以便在整个计算域中保持所需的高阶精度。例如,可以证明,二阶方法始终给出了与域内部四阶和交界处一阶方法类似的结果。

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76个M12 有限体积法在流体力学问题中的应用
6500万08 含偏微分方程初值和初边值问题的有限体积法
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全文: 内政部

参考文献:

[1] 班达,M。;Herty,M。;Klar,A.,等温欧拉方程控制的气体网络耦合条件,Netw。埃特罗格。媒体,1,2,295-314(2006)·Zbl 1109.76052号
[2] Brouwer,J。;Gasser,I。;Herty,M.,《重新审视天然气管道模型:模型层次、非等温模型和网络模拟》,多尺度模型。模拟。,9, 2, 601-623 (2011) ·兹比尔1254.76124
[3] 捆,P。;科尔布,O。;Lang,J.,网络上气体流动的层次建模和模型适应性,(计算机科学讲义(2009),Springer),337-346
[4] 柯石英,G.M。;Garavello,M。;Piccoli,B.,《路网交通流量》,SIAM J.Math。分析。,36, 6, 1862-1886 (2005) ·Zbl 1114.90010号
[5] Borsche,R。;克拉尔,A。;Kühn,S。;Meurer,A.,将交通流网络与行人运动耦合,数学。模型方法应用。科学。,24, 2, 359-380 (2014) ·兹比尔1279.90035
[6] 布雷蒂,G。;纳塔里尼,R。;Piccoli,B.,道路网络交通模型模拟的数值算法,J.Comput。申请。数学。,210, 1-2, 71-77 (2007) ·Zbl 1146.90365号
[7] Borsche,R。;Klar,A.,《城市排水系统中的洪水:下水道系统和地表流的耦合双曲线守恒定律》,国际期刊Numer。《液体方法》,76,11,789-810(2014)
[8] Kesserwani,G。;Ghostine,R。;巴斯克斯,J。;莫塞,R。;阿卜杜拉,M。;Ghenaim,A.,《明渠交汇处亚临界流模拟》,《高级水资源》。,31, 2, 287-297 (2008) ·Zbl 1262.76071号
[9] 路易斯安那州米勒。;Toro,E.F.,《以静脉系统为重点的人类循环的全球多尺度数学模型》,国际期刊Numer。方法生物识别。工程,30,7,681-725(2014)
[10] 路易斯安那州米勒。;Toro,E.F.,研究脑静脉血流量的增强全球数学模型,J.Biomech。,47, 13, 3361-3372 (2014)
[11] 阿拉斯特鲁伊,J。;Khir,A.W。;马提斯,K.S。;Segers,P。;Sherwin,S.J。;Verdonck,P.R。;帕克·K·H。;Peiró,J.,《人体动脉网络模型中的脉搏波传播:根据体外测量评估一维粘弹性模拟》,J.Biomech。,44, 12, 2250-2258 (2011)
[12] Formaggia,L。;Nobile,F。;夸特罗尼,A。;Veneziani,A.,循环系统的多尺度建模:初步分析,计算机。视觉。科学。,2, 2-3, 75-83 (1999) ·Zbl 1067.76624号
[13] 梁,F。;Takagi,S。;Himeno,R。;Liu,H.,《人类心血管系统的多尺度建模及其在主动脉瓣和动脉狭窄中的应用》,《医学生物学》。工程计算。,第47、7、743-755页(2009年)
[14] 梁,F。;Takagi,S。;Himeno,R。;Liu,H.,老化过程中心室-动脉耦合的生物力学特征:多尺度模型研究,J.Biomech。,42, 6, 692-704 (2009)
[15] 梁,F。;Senzaki,H。;Kurishima,C。;Sughimoto,K。;Inuzuka,R。;Liu,H.,Fontan循环与正常双心室循环相比的血流动力学性能:计算模型研究,美国生理学杂志。,心脏循环。生理学。,307、7、H1056-H1072(2014)
[16] Mynard,J.P。;Smolich,J.J.,《整个成人循环中的一维血流动力学建模和波动动力学》,Ann.Biomed。工程师,43,6,1443-1460(2015)
[17] Olufsen,M.S。;Peskin,C.S。;Kim,W.Y。;Pedersen,E.M。;纳迪姆,A。;Larsen,J.,结构化树状流出条件下动脉血流的数值模拟和实验验证,Ann.Biomed。工程,28,11,1281-1299(2000)
[18] Bressan,A。;乔尼奇,S。;Garavello,M。;Herty,M。;Piccoli,B.,《网络流量:最新结果和展望》,EMS Surv。数学。科学。,1, 1, 47-111 (2014) ·Zbl 1301.35193号
[19] Hong,S.W。;Kim,C.,一种用于流动网络系统分析的连接耦合和边界处理的新的有限体积方法,Int.J.Numer。《液体方法》,65,6,707-742(2011)·Zbl 1428.76119号
[20] Formaggia,L。;杰博,J。;Nobile,F。;Quarteroni,A.,关于柔顺容器中流动问题的3D和1D Navier-Stokes方程耦合,计算。方法应用。机械。工程,191,6-7,561-582(2001)·兹比尔1007.74035
[21] 米利奥,E。;佩罗托,S。;Saleri,F.,自由表面流动问题的模型耦合技术:第一部分,非线性分析:理论方法应用。,63、5-7、e1885-e1896(2005)·Zbl 1224.76098号
[22] 米利奥,E。;佩罗托,S。;Saleri,F.,自由表面流动问题的模型耦合技术:第二部分,非线性分析:理论方法应用。,63、5-7、e1897-e1908(2005)·Zbl 1224.76099号
[23] Fullana,J.M。;Zaleski,S.,血管网络的分支一维模型,J.流体力学。,621, 183 (2009) ·Zbl 1171.76475号
[24] 科伦坡,R.M。;Garavello,M.,《关于交叉点处(p)-系统的Cauchy问题》,SIAM J.Math。分析。,39, 5, 1456-1471 (2008) ·Zbl 1155.35399号
[25] 科伦坡,R.M。;Herty,M。;Sachers,V.,关于结点上的(2×2)守恒定律,SIAM J.Math。分析。,40, 2, 605-622 (2008) ·Zbl 1171.35430号
[26] 科伦坡,R.M。;Garavello,M.,交叉点处(p)-系统的适定Riemann问题,Netw。埃特罗格。媒体,1,3,495-511(2006)·Zbl 1116.35086号
[27] Sherwin,S。;弗兰克,V。;佩罗,J。;Parker,K.,时空变量中血管网络的一维建模,J.Eng.Math。,第47页,第3页,第217-250页(2003年)·Zbl 1200.76230号
[28] Reigstad,G.A。;弗拉特,T。;豪根,东北部。;Ytrehus,T.,耦合常数和等温结流的广义黎曼问题,J.双曲差分。Equ.、。,12, 1, 37-59 (2015) ·兹比尔1321.35148
[29] 托罗,E.F。;密林顿,R.C。;Nejad,L.A.M.,《走向非常高阶的Godunov方案》(Godunof Methods(2001),Springer),907-940·Zbl 0989.65094号
[30] 施瓦茨科普夫,T。;Dumbser,M。;Munz,C.-D.,线性双曲方程的快速高阶ADER格式,J.Compute。物理。,197, 2, 532-539 (2004) ·Zbl 1052.65078号
[31] 施瓦茨科普夫,T。;蒙兹,C.D。;Toro,E.F.,ADER:二维线性双曲方程组的高阶方法,科学杂志。计算。,17, 1/4, 231-240 (2002) ·Zbl 1022.76034号
[32] Titarev,V.A。;Toro,E.F.,ADER:任意高阶Godunov方法,科学杂志。计算。,17, 1/4, 609-618 (2002) ·Zbl 1024.76028号
[33] Titarev,V。;Toro,E.,三维非线性双曲方程组的ADER格式,J.Compute。物理。,204, 2, 715-736 (2005) ·Zbl 1060.65641号
[34] Dumbser,M。;Käser,M.,线性双曲方程组非结构网格上的任意高阶非振荡有限体积格式,J.Compute。物理。,221, 2, 693-723 (2007) ·兹比尔1110.65077
[35] Dumbser,M。;Käser,M。;Toro,E.F.,非结构网格上弹性波的任意高阶间断Galerkin方法-V.局部时间步长和p-自适应性,Geophys。《国际期刊》,171,2695-717(2007)
[36] Dumbser,M.,《双曲守恒律的具有时间精确局部时间步进的任意拉格朗日-欧拉ADER-WENO有限体积格式》,计算。方法应用。机械。工程,280,57-83(2014)·Zbl 1423.76296号
[37] 托罗,E.F。;Titarev,V.A.,对流-反应方程广义黎曼问题的解,Proc。R.Soc.A,数学。物理学。工程科学。,2002年第458页,第271-281页(2002年)·Zbl 1019.35061号
[38] 卡斯特罗,C。;Toro,E.,双曲平衡定律高阶黎曼问题的解,J.Compute。物理。,227, 4, 2481-2513 (2008) ·Zbl 1148.65066号
[39] Harten,A。;Engquist,B。;Osher,S。;Chakravarthy,S.R.,一致高阶准确基本无振荡方案,III,(迎风和高分辨率方案(1987),Springer),218-290
[40] Dumbser,M。;埃诺,C。;Toro,E.F.,刚性双曲平衡定律的高精度有限体积格式,J.Compute。物理。,227, 8, 3971-4001 (2008) ·Zbl 1142.65070号
[41] 蒙蒂奇诺,G.I。;Toro,E.F.,《一般对流-扩散-反应方程和局部隐式ADER格式的重整》,J.Compute。物理。,275, 415-442 (2014) ·Zbl 1349.65378号
[42] 托罗,E.F。;Montecinos,G.I.,刚性双曲平衡定律广义黎曼问题的隐式半解析解,J.Compute。物理。,303, 146-172 (2015) ·Zbl 1349.76399号
[43] Borsche,R。;Kall,J.,ADER格式和双曲守恒律网络上的高阶耦合,J.Compute。物理。,273, 658-670 (2014) ·Zbl 1352.65227号
[44] 穆勒,洛杉矶。;Blanco,P.J.,《网络双曲守恒定律的高阶近似:一维血流的应用》,J.Compute。物理。,300, 423-437 (2015) ·Zbl 1349.76945号
[45] Borsche,R。;Kall,J.,双曲守恒律网络与常微分方程和集总参数模型耦合的高阶数值方法(2015)
[46] Matthys,K.S.公司。;阿拉斯特鲁,J。;佩罗,J。;Khir,A.W。;Segers,P。;Verdonck,P.R。;帕克·K·H。;Sherwin,S.J.,《人体动脉网络模型中的脉搏波传播:针对体外测量的一维数值模拟评估》,J.Biomech。,40, 15, 3476-3486 (2007)
[47] 托罗,E.F。;Siviglia,A.,《具有不连续力学特性的可折叠管中的流动:数学模型和精确解》,Commun。计算。物理。,13, 361-385 (2013) ·兹比尔1373.76362
[48] Formaggia,L。;夸特罗尼,A。;Veneziani,A.,心血管数学,循环系统建模与仿真(2009),Springer·Zbl 1300.92005年
[49] P.J.布兰科。;渡边,S.M。;Dari,E.A。;帕索斯,M.A.R.F。;Feijóo,R.A.,解剖详细动脉网络模型中的血流分布:标准和算法,生物医学。模型。机械双醇。,1303-1330年6月13日(2014年)
[50] Elad,D。;Katz,D。;Kimmel,E。;Einav,S.,通过可折叠管的非定常流体流动的数值方案,J.Biomed。工程,13,1,10-18(1991)
[51] 布鲁克,B.S。;Falle,S.A.E.G。;Pedley,T.J.,《可折叠管中非定常重力驱动流动的数值解:稳态的演化和滚动波不稳定性》,J.流体力学。,396, 223-256 (1999) ·Zbl 0971.76052号
[52] Toro,E.F.,《脑静脉血流动力学、神经疾病和数学建模》。审查,申请。数学。计算。,272, 542-579 (2016) ·Zbl 1410.76487号
[53] Toro,E.F.,Riemann Solvers and Numerical Methods for Fluid Dynamics(2009),施普林格·Zbl 1227.76006号
[54] 蒙蒂奇诺,G。;卡斯特罗,C。;Dumbser,M。;Toro,E.,带源项双曲方程组广义黎曼问题解的比较,J.Compute。物理。,231, 19, 6472-6494 (2012) ·Zbl 1284.35268号
[55] 戈茨,C.R。;Iske,A.,双曲守恒律非线性系统广义黎曼问题的近似解,数学。计算。,85, 297, 35-62 (2015) ·Zbl 1325.65128号
[56] Harten,A。;拉克斯,P.D。;van Leer,B.,《关于双曲守恒律的上游差分和Godunov型格式》,SIAM Rev.,25,1,35-61(1983)·Zbl 0565.65051号
[57] 蒙蒂奇诺,G。;Toro,E.,《具有刚性源项的平衡定律的广义黎曼问题的解算器:标量情况》,(《理论、数值与应用》(分2卷)(2012年),世界科学出版社。有限公司),576-583·Zbl 1306.65251号
[58] Siviglia,A。;Toffolon,M.,具有不连续机械特性的可折叠管中跨临界流动的稳态分析:对动脉和静脉的影响,J.Fluid Mech。,736, 195-215 (2013) ·Zbl 1294.76295号
[59] 托罗,E.F。;Siviglia,A.,具有不连续血管特性的简化血流模型:分析和精确解,(生理流建模(2012),Springer),19-39
[60] 韩,E。;沃内克,G。;托罗,E.F。;Siviglia,A.,关于弱双曲系统的黎曼解:第1部分。动脉亚临界流动建模(2015年1月),剑桥大学艾萨克·牛顿数学科学研究所:英国剑桥大学艾萨克·牛顿数学科学研究所,NI15003-NPA
[61] 韩,E。;沃内克,G。;托罗,E.F。;Siviglia,A.,关于弱双曲系统的黎曼解:第2部分。模拟动脉中的超临界流(2015年1月),剑桥大学牛顿数学科学研究所:英国剑桥大学牛顿数理科学研究所,NI15004-NPA
[62] Sherwin,S.J。;Formaggia,L。;佩罗,J。;Franke,V.,《具有可变机械特性的一维血流的计算模型及其在人类动脉系统中波传播模拟中的应用》,国际期刊Numer。液体方法,43,6-7,673-700(2003)·Zbl 1032.76729号
[63] Tan,S。;Shu,C.-W.,守恒定律数值边界条件的Lax-Wendroff逆程序,J.Compute。物理。,229, 21, 8144-8166 (2010) ·Zbl 1198.65174号
[64] 穆勒,洛杉矶。;蒙蒂奇诺,G。;Toro,E.,《静脉血流动力学建模中的一些问题》(双曲方程的数值方法(2012),Informa UK Limited),347-354
[65] 穆勒,洛杉矶。;Toro,E.F.,《可变特性血管网络中血液流动的Well-balanced高阶解算器》,国际期刊Numer。方法生物识别。工程,29,12,1388-1411(2013)
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