我经常听说以细胞为中心的有限体积是二阶精确的,但同时我遇到了高阶 FVM 通量方案的概念。两者有区别吗?如果我要使用一阶逆风参考与三阶 MUSCL 之类的东西,那会使我的整个 FVM 方案一阶或三阶准确吗?
什么决定了有限体积方案的阶?
计算科学
有限体积
2021-12-23 19:26:37
1个回答
对于同时离散空间和时间的方法,例如 Lax-Wendroff 或 Upwind with Forward/Backward Euler,您可以手动计算截断误差(对于足够规则的)。例如,前者(LW)在空间和时间上都是二阶精确的,而后者(Euler-Upwind)只是一阶精确的。
为了获得整体更高的方案,通常会拆分空间和时间离散化(导致 REA 算法;参见例如这篇论文,或我最喜欢的 FVM 笔记的第 5 章)。对于通过分段线性函数和斜率限制器对迹线(单元面)值进行众所周知的重建,原则上您将获得二阶重建。然而,在局部最大值和最小值附近,限制器导致重建回落到案子。流行的甚至更高的重建方法是ENO和WENO。
然后,您需要一个时间积分器。通常,标准 RK 求解器不具备所需的 TVD 属性,因此您需要一些专门设计的时间积分器。
通过选择特定阶的重构和时间积分器,您原则上可以获得该特定阶的 FVM 方案。然而,在实践中,您可能会观察到更差的收敛速度,因为真正的解通常是不连续的,从而导致基于泰勒展开式计算截断误差的方法不适用。此外,如上所述,限制步骤(获取 TVD 属性)可能会导致您的方法逼近最大值和最小值时不如预期准确。
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