ENO-WENO 方案:ENO-WENO 方案是否对所有类型(线性/非线性)的问题都是非振荡的?

计算科学 流体动力学 数值分析
2021-12-08 19:22:24

是否有严格的证据证明 ENO-WENO 方案是非振荡的?

1个回答

取决于您所说的“非振荡”是什么意思。在他们的原始论文Harten & Osher (1987)中,设计了具有“非振荡”属性的 ENO 方案,定义为:

在本文中,我们构造了一个一致的二阶近似,在离散解的极值数不随时间增加的意义上,它是非振荡的

他们还在论文中提供了证据(第 281 页)。在这个意义上和形式上,当 ENO 方案用于插值以计算数值通量时,求解以下形式的双曲守恒定律:

ut+xF(u)=0,
保证最终数值解与精确解相比具有相等或更少的极值。

在实践中,这是通过使用以分层方式构建的自适应模板来实现的,以避免跨非平滑区域(例如大梯度、冲击等)进行插值。请注意,ENO 方案只是数值解收敛到非线性 PDE 的粘度解(例如 Hamilton-Jacobi 或双曲守恒定律)所需的要素之一。其他成分包括

  1. 使用单调和一致的数值通量(或哈密顿量)
  2. 及时的 TVD 积分器

有关详细信息,请参阅上述论文。如果需要,我可以添加更多参考资料,包括那些讨论实现的参考资料。

更新:

那么为什么选择 TVD 集成商呢?请注意,ENO(或 WENO)仅隔离您不跨不连续性进行插值的隔离。它不假设解决方案及时发生了什么。为确保解保持非振荡,时间积分应具有 TVD 属性。离散数据集的 TV 定义为

TV(un)=i=0N|uinui1n|

如果满足以下性质,则称时间积分方案为 TVD:

TV(un+1)TV(un)

请注意,对于时间积分方案,例如 RK 方法,要成为 TVD,它们需要满足 CFL 数的特定界限。这本身就是一个 bg 主题,我建议您查阅以下论文以进行准确的讨论:

有效实施本质上非振荡的冲击捕获方案(Shu, CW 和 Oshert, S)

总变差递减时间离散化 (CW Shu)

总变异递减 Runge-Kutta 方案(S. Gottlieb 和 CW Shu)