是否有一个很好的教程或类似教科书的资源来实现 ENO/WENO 与一维(和多维)的限制器?

计算科学 pde 有限体积 抛物线pde 椭圆pde
2021-12-09 07:54:36

我继承了一个有限体积代码,它对一组具有不连续扩散系数的混合抛物线椭圆方程的通量项进行二阶离散化。我得到的印象是不连续伽辽金(DG)方法更适合这类问题。但是,由于我有一些时间限制,并且对有限体积方法的了解比任何类型的有限元方法(或 DG)都多,所以现在,我正在推进有限体积方法。作为免责声明,我对有限体积方法也不太了解(我自己已经阅读了 LeVeque 的双曲问题的有限体积方法中的第 8 章),因此请随时纠正我在这里的任何误解.

由于我的同事将对不稳定问题感兴趣,并且结果将与以前在更规则几何中使用具有高阶时间离散化的线方法的工作进行比较,我想研究使用高阶空间离散化以启用更高阶的空间离散化。订购时间积分器。

是否有一个很好的类似教科书或类似教程的资源,有人可以推荐 ENO/WENO 方法,这些方法涵盖多个维度的限制器?材质之间的内部接口本质上会创建我不想在代码中明确处理的传输边界条件。这些接口可能会导致需要通过限制器解决的振荡。我见过的最好的来源是CW Shu 的双曲守恒定律的基本非振荡和加权基本非振荡方案LeVeque 的书似乎主要从波传播的角度关注 Lax-Wendroff 方案(代码中没有使用),而 Toro 的书似乎侧重于一维情况下的高阶方案。

作为后续问题:鉴于该问题主要是扩散性的,对于此类问题使用强稳定性保持 (SSP) 积分器是否特别重要?我知道对于采用高阶离散化的双曲问题,保持总变异递减特性很重要,这就是使用 SSP 积分器的原因。这个问题不是双曲线的,因此总变化有界可能真正重要的唯一地方是由于不同扩散率的材料之间的界面而产生的任何虚假振荡。

2个回答

您正在查看的资源都在查看双曲线问题。椭圆问题的问题不同,“限制器”通常不是首选工具。我在这个答案中概述了一些方法和权衡

至于时间整合,L-稳定性是防止抛物线系统出现不良过冲的重要属性。非集成商L-stable(例如 Crank-Nicolson)即使在平滑问题上也会显示出虚假振荡,只要您从陡峭的初始值开始。

正如 Jed 所说,限制器通常不是抛物线/椭圆问题的有效方法。WENO比简单的分段多项式插值要贵得多,所以我会先尝试香草插值,看看你是否真的有振荡。WENO 确实是为解决方案不连续的情况而设计的;你的不是。

如果对双曲线 PDE 感兴趣的人看到这个问题,我会说你链接的报告是对 WENO 最实用的介绍,并且在帮助人们实施它方面比 Shu 最近的评论论文更好。另一个理解和实现 WENO 的有用工具是Matthew Emmett 的 PyWENO 代码,它可以生成其他语言的例程。

对于多维有限体积实现,Shu 的报告建议进行昂贵的多维求积,但我不会走那条路。第一种选择是只实现逐维WENO(就像有限差分方案一样),这将是正式的二阶但仍然可以提供类似高阶的分辨率更好的是,有一种无需多维正交即可恢复全精度的新技术,这是 Christiane Helzel 即将开展的工作。当它出现时,我会在此处添加一个链接。