数学 > 数值分析
[提交于 2025年5月4日
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标题: 高阶平衡律系统的方法:基于控制的途径
标题: High-order well-balanced methods for systems of balance laws: a control-based approach
摘要: 在之前的一些工作中,两位作者介绍了一种策略来开发用于平衡律系统的高阶数值方法,这些方法可以保持系统的所有定态解。这些方法的关键要素是一种平衡重构算子。还引入了一种策略,以修改任何标准的重构算子(如MUSCL、ENO、CWENO等)使其成为平衡的。该策略涉及在每个时间步的每个单元上求解一个非线性问题,即找到一个定态解,其平均值等于给定的单元值。到目前为止,该策略仅应用于那些定态解已知(无论是显式还是隐式形式)的系统。本文的目标是提出一种通用实现这一技术的方法,可应用于任意平衡律系统。为此,在重构过程中需要求解的非线性问题被解释为控制问题:它们包括找到一个ODE系统的解,使得在计算区间上的平均值是给定的。这些问题以泛函形式书写,并基于伴随问题计算泛函的梯度。随后应用牛顿法求解这些问题。特别注意分析使用求积公式计算平均值和源项的影响。为了测试这些方法的有效性和平衡性,将其应用于一系列平衡律系统,从简单的学术系统(如带有某些非线性源项的Burgers方程)到浅水波方程或带有重力效应的气体动力学Euler方程。
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