不连续 Galerkin 方案中的 CFL 条件

计算科学 流体动力学 有限体积 不连续-galerkin 数值建模
2021-11-30 08:18:30

我已经实施了 ADER-Discontinuous Galerkin 方案,用于求解以下类型的守恒定律线性系统tU+AxU+ByU=0并观察到 ​​CFL 条件非常严格。在参考书目中,时间步长的上限Δthd(2N+1)λmax可以找到,在哪里h是单元格大小,d是维数和N是多项式的最大次数。

有什么办法可以规避这个问题吗?我一直在使用 WENO-ADER 有限体积方案,CFL 的限制要宽松得多。例如,对于 5 阶方案,在使用 DG 时必须施加低于 0.04 的 CFL,而在 WENO-ADER FV 方案中仍然可以使用 CFL=0.4。

为什么在计算气动声学(线性欧拉方程)或类似应用(气体动力学、浅水、磁流体动力学)中使用 DG 方案而不是 ADER-FV?尽管时间步长小得多,该方案的总体计算成本是否与 ADER-FV 相似?

欢迎对此提出想法和建议。

1个回答

DG 方案的限制性 CFL 通常来自高阶精度和紧凑模板的组合(例如,请参见此参考)。CFL 依赖于限制变分形式L2解的范数,取决于多项式的导数和迹。这些量中的每一个的界限(使用 Bernstein 或 Markov 兄弟不等式和离散迹不等式)给出与h并以二次方的顺序N,导致整体 CFL 为O(h/N2).

仅供参考 - 我已经看过你之前提到的 CFL,但我不记得它在哪里被证明了。我想知道他们如何避免二次依赖N在他们的范围内。

有限差分和 WENO 方案(以及周期性网格上基于 B 样条的有限元方法)具有较宽松的 CFL 条件,因为类似边界中的常数在N. 这反过来又是因为模板尺寸会随着订单的增加而增加N,这减少了其中一些问题。

DG 方法更昂贵,但它们可以轻松处理非结构化网格并且可以有效地实施。有用于非结构化网格的高阶版本的 WENO(或类似的重建),尽管这些可能会引入额外的数学或实现复杂性。