数学 > 数值分析
[提交于 2025年5月30日
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标题: 无雅可比多网格预条件器应用于数值天气预报的间断伽辽金方法
标题: Jacobian-free Multigrid Preconditioner for Discontinuous Galerkin Methods applied to Numerical Weather Prediction
摘要: 间断伽辽金(DG)方法是求解非定常可压缩流的有前景的高阶离散化方法。 在这里,我们将重点放在数值天气预报(NWP)上。 这些流动的特点是在$z$-方向上的精细分辨率和低马赫数,这使得系统变得刚性。 因此,需要隐式时间积分,并且为此需要一个快速、高度并行、低内存占用的迭代求解器来处理由此产生的代数系统。 作为基本框架,我们使用了带预条件器的不精确雅可比自由牛顿-GMRES方法。 对于低阶有限体积离散化,多重网格方法已成功应用于稳态和非稳态流体流动。 然而,对于高阶DG方法,目前缺乏此类求解器。 这促使我们研究构造适用于高阶DG离散化的雅可比自由预条件器。 该预条件器基于为DG网格子网格上定义的低阶有限体积离散化构建的多重网格方法。 我们设计了一个计算高效且质量守恒的网格间映射。 作为平滑器,使用显式龙格-库塔伪时间迭代,这些迭代可以以雅可比自由、低内存占用的方式并行实现。 我们考虑了求解二维欧拉方程和粘性流动方程的DG方法,两者都带有重力,在一种平衡良好的公式中。 在大气流动问题的DUNE-FEM软件框架中的数值实验展示了这种方法的优势。
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