数学 > 数值分析
[提交于 2023年5月24日
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标题: 具有物理约束保持性质的相对论流体力学中Hermit WENO格式的Newton-Raphson方法的收敛性分析及原始变量恢复的应用
标题: Provably convergent Newton-Raphson methods for recovering primitive variables with applications to physical-constraint-preserving Hermite WENO schemes for relativistic hydrodynamics
摘要: 相对论流体力学(RHD)方程对原始变量有三个重要的内在物理约束:压力和密度的正值性以及亚光速流体速度。然而,数值模拟可能会违反这些约束,导致非物理的结果甚至模拟失败。设计真正保持物理约束守恒(PCP)的格式非常困难,因为由于相对论效应,原始变量不能用守恒变量显式重写。本文提出了三种高效的牛顿-拉弗森(NR)方法,用于从守恒变量中稳健地恢复原始变量。重要的是,我们严格证明了这些NR方法总是收敛且保持PCP性质,这意味着它们在整个NR迭代过程中保持物理约束。发现这些稳健的NR方法及其PCP收敛分析具有高度的技术性和非平凡性。作为一个应用,我们将所提出的NR方法应用于设计求解RHD方程的PCP有限体积Hermite加权本质上非振荡(HWENO)方案。我们的PCP HWENO方案结合了高阶HWENO重构、PCP限制器和强稳定性保持的时间离散化。我们使用凸分解技术严格证明了全离散格式的PCP性质。此外,我们建议使用重新标度特征向量和尺度不变非线性权重来增强HWENO格式在模拟大规模RHD问题中的性能。进行了几个具有挑战性的数值测试,以展示所提出的PCP HWENO格式的鲁棒性、精度和高分辨率,并验证我们的NR方法的效率。
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