如何开始数值求解随机 Navier Stokes 方程

计算科学 流体动力学 数字 随机
2021-12-17 02:56:42

我最初在数学 stackexchange上发布了这个问题,并被告知我应该在这里尝试。

我正在研究随机 PDE,特别是 Navier Stokes 方程,并想估计涉及 SNSE 解决方案的某个事件的概率。因此,我需要首先对方程进行数值求解。

我是数值分析和科学计算的绝对初学者,所以我需要一些入门建议。我已经看过一些关于为确定性 PDE 实现有限差分的教程,但是我在 SPDE 上找不到一些教程。大多数搜索都产生了高度技术性的结果(我理解,考虑到主题的性质),但也许还有更多“初学者友好”的来源可以用来提高自己的水平。

1个回答

以Davie 和 Gaines 的一篇关于求解随机热方程的经典论文为例通过等式(2)他们说

我们考虑对(1)的有限差分近似。最简单的这种近似是显式方案

等式 2 非常简单:它只是空间部分的拉普拉斯算子的 3 点 [1 -2 1] 模板,具有 Euler-Maruyama 类型的时间离散化。这就是重点:该领域的预期知识包括您对 ODE、SDE 和 PDE 有所了解。

所以我想说,直到你知道为什么我会在查看随机 Navier-Stokes 之前选择随机热方程作为来源,并且直到你知道为什么这种离散化是“显而易见的”,你应该填写背景知识。

  • ODE 是事物随时间确定性地演变的方式。
  • PDE 是 ODE 的无限维扩展(或线性代数的无限维扩展,取决于您如何看待它)。
  • SDE 是 ODE 的扩展,它描述了事物如何随时间以连续随机性随机演变
  • SPDE 是 SDE 的无限维度扩展,或 PDE 的随机扩展。
  • Navier-Stokes 是一个非线性 PDE,它比线性 PDE 更难,因此您也需要一些相关知识。
  • Stochsatic Navier-Stokes 是一种非线性 SPDE,这意味着不仅严格的讨论深深地融入了泛函分析的讨论,而且还有很多未知的东西。

该领域的数值方法都从给定这些根的 PDE 和 SDE 中汲取灵感,并且这些领域都将 ODE 视为简化的情况。因此,真的没有办法让这更“初学者友好”,因为当你在层次结构中如此深入时,预计有限维或确定性情况是你已经很好理解的东西,而且很难理解如何在不了解简化形式的情况下进行 SPDE。