数学 > 数值分析
[提交于 2023年5月24日
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标题: 一种新的离散散度自由、保正的高阶有限体积法求解理想磁流体力学方程
标题: A new discretely divergence-free positivity-preserving high-order finite volume method for ideal MHD equations
摘要: 本文提出并分析了一种新颖的高效高阶有限体积法,用于理想磁流体力学(MHD)。 作为一种独特的特性,该方法同时保持了磁场的离散散度自由(DDF)约束和保正性(PP)性质,确保密度、压力和内能的非负性。 为了强制实施DDF条件,我们设计了一种新的离散投影方法,该方法将单元界面处重构的点值投影到一个DDF空间上,而无需使用任何近似多项式。 此投影方法非常高效,易于实现,并且特别适合于标准的高阶有限体积WENO方法,后者通常仅返回重构中的点值。 此外,我们还开发了一个新的有限体积框架,用于构建理想MHD系统的可证明PP方案。 该框架包括离散投影技术、对Godunov-Powell源项的适当逼近以及一个简单的PP限制器。 我们对所提出的有限体积方法的PP性质进行了严格的分析,表明DDF条件和对源项的适当逼近消除了磁通量散度项对PP性质的影响。 由于内能函数的非线性和DDF与PP性质之间的复杂关系,这种分析具有挑战性。 为了解决这些挑战,采用了最近发展起来的几何拟线性化方法,该方法将非线性约束转化为一组线性约束。 最后,我们通过几个基准和苛刻的数值例子验证了所提出方法的有效性。 结果表明,所提出的方法稳健、精确且非常有效,证实了所提出的DDF投影和PP技术的重要性。
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