有没有一种方法来检查非线性 PDE 的数值扩散?

计算科学 数值分析
2021-12-19 10:19:26

我有一个讨厌的非线性偏微分方程。我想知道是否存在一种方法可以让我检查不同的近似方案引入了哪些数值误差(如数值扩散或色散)。方法的名称或论文的链接会很棒。

编辑:方程

ft+x(cfx)=0
c是一个常数。

2个回答

评估解方案准确性的常用方法是将数值解与解析已知的解进行比较。如果您无法找到此处所遇到的确切问题的解决方案(很可能,因为它是非线性的),您始终可以使用制造解决方案方法构建一个解决方案。这种方法有很多描述,这里有一个

要检查数值扩散,您需要在空间变量中进行标准一致性分析,即将精确解插入数值方案中,展开形式的项f(xi+h)成泰勒级数,并估计您在近似中截断的项。形式的条款cd2fx2并且不抵消,然后负责数值扩散。

这对于对流项的离散化是直截了当的,但我不确定这将为您的平方根示例提供什么。

数值离散更难分析。当您的离散化“支持”所谓的棋盘模式时,就会发生这种情况,即不需要的变量解耦,这些变量在数值解中作为振荡变得可见。

这两个问题在对流-扩散方程的有限差分或有限体积近似中的逆风离散化(导致数值扩散)和通过中心差异离散化(导致数值离散)都很好理解。也许,您可以将一些想法从那里转移到您的特定案例中。