เราควรใช้วิธีการรวมเวลาแบบใดสำหรับ PDE แบบไฮเปอร์โบลิค


13

ถ้าเราใช้วิธีการแบบแยกส่วน (แยกเวลาและพื้นที่แยกส่วน) ของ PDE แบบไฮเปอร์โบลิกที่เราได้รับหลังจากการแยกเชิงพื้นที่ด้วยวิธีเชิงตัวเลขที่เราชื่นชอบ (fx. วิธีไฟไนต์ปริมาณ) ไม่สำคัญในทางปฏิบัติ (TVD / เอสเอส / ฯลฯ )?

เพิ่มข้อมูลเพิ่มเติมบางอย่าง: ปัญหาความแม่นยำอาจเป็นปัญหาสำหรับปัญหาที่ไม่ราบรื่น เป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้วว่า PDEs แบบไม่เชิงเส้นไม่เชิงเส้นสามารถพัฒนาแรงกระแทกในเวลาที่ จำกัด แม้จะมีวิธีแก้ปัญหาเริ่มแรกที่ราบรื่นซึ่งความแม่นยำของกรณีสามารถลดอันดับแรกสำหรับวิธีการเรียงลำดับสูง

โดยทั่วไปแล้วการวิเคราะห์เสถียรภาพ ODE จะทำตามการทำให้เป็นเชิงเส้นเพื่อให้ได้ระบบกึ่งเชิงเส้นแบบไม่ต่อเนื่องของ ODE ของรูปแบบ q_t = J q (ด้วยเวกเตอร์การรบกวนของเวกเตอร์ QA) ซึ่งค่าลักษณะเฉพาะของ J จะถูกปรับขนาดภายใน วิธีการก้าว กลยุทธ์ทางเลือกคือการใช้ pseudospectra หรืออาจเป็นวิธีพลังงานสำหรับการวิเคราะห์ความมั่นคง

ฉันเข้าใจว่าแรงจูงใจสำหรับวิธีการ TVD / SSP คือการหลีกเลี่ยงการแกว่งไปมาที่เกิดจากวิธีการเลื่อนเวลาซึ่งอาจส่งผลให้เกิดพฤติกรรมที่ไม่เป็นกายภาพ คำถามคือถ้าประสบการณ์แสดงให้เห็นว่าวิธีการก้าวข้ามเวลาแบบนี้จะดีกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับเช่นม้างานคลาสสิกเป็นวิธี Runge-Kutta ที่ชัดเจนหรืออื่น ๆ เห็นได้ชัดว่าพวกเขาควรมีคุณสมบัติที่ดีกว่าสำหรับชั้นเรียนของปัญหาที่การแก้ปัญหาอาจแสดงแรงกระแทก เราอาจโต้แย้งว่าเราควรใช้วิธีการเหล่านี้เพื่อการรวมเวลาเท่านั้น

คำตอบ:


3

ฉันไม่รู้ว่าคุณยังสนใจคำตอบหรือไม่ แต่ฉันไปที่นี่ต่อไป:

คุณได้บอกไปแล้วว่าคุณรู้เกี่ยวกับการก่อช็อกในสมการไม่เชิงเส้น นั่นคือเหตุผลที่คุณต้องเลือกผู้รวมเวลาของคุณอย่างระมัดระวัง มันไม่มีประโยชน์ที่จะใช้การลดทอนเชิงพื้นที่ TVD เมื่อไม่มีการลดทอนเวลา - คุณจะเห็นการสั่นแบบเดียวกับที่คุณเคยเห็นด้วยฟลักซ์ตัวเลขที่สูงกว่า

สิ่งที่ควรทำคือออยเลอร์ข้างหน้าทำงาน คุณได้พูดถึง SSP (การรักษาเสถียรภาพที่แข็งแกร่ง) ในคำถามของคุณ นี่เป็นคลาสพิเศษของวิธีการ Runge-Kutta ที่ใช้ประโยชน์จากสิ่งนั้น โดยทั่วไปคุณต้องเลือกค่าสัมประสิทธิ์ของวิธีการที่สามารถเขียนเป็นชุดนูนของขั้นตอนออยเลอร์ ด้วยวิธีนี้คุณสมบัติเช่น TVD และเช่นนั้นจะถูกรักษาไว้

มีหนังสือที่ดีมากเกี่ยวกับวิธี SSP โดย Gottlieb, Ketcheson และ Shu เรียกว่า "Strong Stability Preserving Runge-Kutta และ Multistep Time Discretizations" ลิงก์ amazon


แก้ไขให้ถูกต้องถ้าฉันผิด แต่การส่งต่อออยเลอร์เกือบจะแน่นอนว่าไม่แน่นอนในปัญหาการผ่อนชำระ ไม่มีความละเอียดของโหมดที่เกี่ยวข้องกับค่าลักษณะเฉพาะในจินตนาการ
Reid.Atcheson

@ Reid.Atcheson: วิธีโมโนโทนทั้งหมดที่ฉันรู้จะขึ้นอยู่กับออยเลอร์ข้างหน้า - เหนือลม, Lax-Friedrichs, Godunov ... มันขึ้นอยู่กับสิ่งที่คุณทำในอวกาศ
Anke

ไปข้างหน้าออยเลอร์อาจไม่เสถียรในบรรทัดฐาน L2 หากรวมกับรูปแบบพื้นที่สั่งซื้อสูง จากนั้นคุณใช้แบบ 2 สเตจ 3 สเตจและอื่น ๆ SSPRK ที่มีเสถียรภาพ L2 มันง่ายกว่าที่จะพิสูจน์ TVD สำหรับรูปแบบออยเลอร์ไปข้างหน้า การใช้รูปแบบ SSPRK นั้นจะรับประกัน TVD สำหรับรูปแบบการสั่งซื้อที่สูงเช่นกัน ขั้นตอนเวลาสำหรับ TVD นั้นเล็กกว่าสำหรับความเสถียร L2
cfdlab

2

ใช่มันเป็นเรื่องสำคัญ สองสิ่งปกติที่จะต้องกังวลเกี่ยวกับ:

  1. ความถูกต้อง แบบแผน ODE บางอย่างมีความแม่นยำมากกว่าแบบอื่นลำดับที่สูงกว่าและอื่น ๆ กฎของหัวแม่มือคือการเลือกวิธีการที่มีความแม่นยำคล้ายกับการแยกเชิงพื้นที่ของคุณ

  2. ความมั่นคง สำหรับปัญหาการผ่อนชำระเกินจริงคุณคาดหวังว่าผู้ปฏิบัติงานจะมีค่าลักษณะเฉพาะในจินตนาการอย่างแท้จริงดังนั้นคุณจึงต้องการตัวแก้ปัญหา ODE ซึ่งรวมถึงส่วนหนึ่งของการเข้าถึงจินตภาพในโดเมนความเสถียร ดูตัวอย่างภาคผนวก G ใน Fornberg คู่มือปฏิบัติสำหรับวิธี Pseudospectral

ด้วยสมการไฮเพอร์โบลิกสมการบางคนต้องการประกันว่าคำตอบของพวกเขานั้นเป็นค่าบวกเสมอดังนั้นจึงมีตัวกรองและลูกเล่นต่าง ๆ เพื่อประกันสิ่งนี้ แต่ฉันไม่รู้อะไรเกี่ยวกับเรื่องนี้

ฉันอยู่ไกลจากผู้เชี่ยวชาญ แต่ฉันคิดว่าฉันจะพยายามตอบเพราะคำถามอยู่ที่นี่ซักพัก


ระบบไฮเพอร์โบลิกนั้นเกี่ยวข้องกับค่าลักษณะเฉพาะจริงเท่านั้น
Subodh
โดยการใช้ไซต์ของเรา หมายความว่าคุณได้อ่านและทำความเข้าใจนโยบายคุกกี้และนโยบายความเป็นส่วนตัวของเราแล้ว
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.