Comparative analysis of some iterative processes for realization of fully conservative difference schemes for gas dynamics equations in Euler variables

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

In iterative algorithms for fully conservative difference schemes (FCDS) for the equations of gas dynamics in Euler variables, new methods for selecting adaptive artificial viscosity (AAV) have been developed, which are used both in explicit iterative processes and in the separate tridiagonal matrix algorithm. Various methods for incorporating AAV are discussed in this paper, including those for effectively suppressing oscillations in velocity profiles. All iterative methods are described in detail and block diagrams are given. A grid embedding method for modeling on spatially irregular sects is proposed. Calculations of the classical arbitrary discontinuity decay problem (the Sod problem) using FCDS and the developed AAV methods in different iterative processes have been performed. Comparative analysis is carried out and the efficiency of the developed improved iterative processes and approaches to the choice of AAV in comparison with the works of other authors is shown. All calculations are illustrated. The figures show variants of solutions of the Sod problem on uniform and non-uniform meshes, as well as a comparison of the methods proposed in the paper for the calculation of the Sod problem on a uniform grid.

About the authors

Marina Ladonkina

Keldysh Institute of Applied Mathematics of RAS

Author for correspondence.
Email: ladonkina@imamod.ru
ORCID iD: 0000-0001-7596-1672

 Ph.D. (Phys. and Math.), Senior researcher 

Russian Federation, 4 Miusskaya sq., Moscow, 125047, Russia

Yurii Poveschenko

Keldysh Institute of Applied Mathematics of RAS

Email: hecon@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-9211-9057

D. Sci. (Phys. and Math.), Leading researcher 

Russian Federation, 4 Miusskaya sq., Moscow, 125047, Russia

Haochen Zhang

Moscow Institute of Physics and Technology

Email: chzhan.h@phystech.edu
ORCID iD: 0000-0003-1378-1777

 Postgraduate Student 

Russian Federation, 9 Institutskiy per., Dolgoprudny, Moscow Region, 141701, Russian Federation

References

  1. A. A. Samarsky, Yu. P. Popov, Difference methods for solving problems of gas dynamics, Nauka. Chief Editorial Board of Physical and Mathematical literature, Moscow, 1980 (In Russ.), 352 p.
  2. Yu. P. Popov, A. A. Samarsky, "Completely conservative difference schemes", USSR Computational Mathematics and Mathematical Physics, 9:4 (1969), 296–305. DOI: https://doi.org/10.1016/0041-5553(69)90049-4 (In Russ.).
  3. A. V. Kuzmin, V. L. Makarov, "An algorithm for constructing completely conservative difference schemes", USSR Computational Mathematics and Mathematical Physics, 22:1 (1982), 128–138. DOI: https://doi.org/10.1016/0041-5553(82)90170-7 (In Russ.).
  4. A. V. Kuzmin, V. L. Makarov, V. G. Meladze, "A completely conservative difference scheme for gas-dynamics equations of in Eulerian variables", USSR Computational Mathematics and Mathematical Physics, 20:1 (1980), 187–198. DOI: https://doi.org/10.1016/0041-5553(80)90072-5 (In Russ.).
  5. V. M. Goloviznin, I. V. Krayushkin, M. A. Ryazanov, A. A. Samarsky, "Twodimensional completely conservative difference schemes of gas dynamics with separated velocities", Preprints of the Keldysh Institute of Applied Mathematics, Academy of Sciences of SSSR, 105 (1983) (In Russ.), 33 p.
  6. Yu. V. Popov, I. V. Fryazinov, Adaptive artificial viscosity method numerical solution of equations of gas dynamics, Krasand, Moscow, 2014 (In Russ.), 288 p.
  7. Yu. A. Poveshchenko, M. E. Ladonkina, V. O. Podryga, O. R. Rahimly, Yu. S. Sharova, "On a two-layer completely conservative difference scheme of gas dynamics in Eulerian variables with adaptive regularization of solution", Keldysh Institute Preprints, 2019, 14. DOI: https://doi.org/10.20948/prepr-2019-14, 23 p. (In Russ.)
  8. O. Rahimly, V. Podryga, Y. Poveshchenko, P. Rahimly, Y. Sharova, "Two-layer completely conservative difference scheme of gas dynamics in Eulerian variables with adaptive regularization of solution.", Large-Scale Scientific Computing. LSSC 2019. Lecture Notes in Computer Science, 11958, Springer, Cham, 2020, 618–625 DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-030-41032-2_71.
  9. M. E. Ladonkina, Yu. A. Poveschenko, O. R. Rahimly, H. Zhang, "Theoretical analysis of fully conservative difference schemes with adaptive viscosity", Zhurnal SVMO, 23:4 (2021), 412–423. DOI: https://doi.org/10.15507/2079-6900.23.202104.412-423 (In Russ.).
  10. M. E. Ladonkina, Yu. A. Poveschenko, O. R. Rahimly, H. Zhang, "Theoretical study of stability of nodal completely conservative difference schemes with viscous filling for gas dynamics equations in Euler variables", Zhurnal SVMO, 24:3 (2022), 317–330. DOI: https://doi.org/10.15507/2079-6900.24.202203.317-330 (In Russ.).
  11. G. A. Sod, "A survey of several finite difference methods for systems of nonlinear
  12. hyperbolic conservation laws", Journal of Computational Physics, 27:1 (1978), 1–31.
  13. M. E. Ladonkina, Y. A. Poveschenko, H. Zhang,, On one completely conservative difference scheme with viscous filling for gas dynamics equations, Youth Scientific Conference "New horizons of applied mathematics – 2024" (Keldysh Institute of Applied Mathematics), 1, 2024 (In Russ.).
  14. Z. Wu, Y.-X. Ren, "A shock capturing artificial viscosity scheme in consistent with the compact high-order finite volume methods", Journal of Computational Physics, 516:8 (2024), 113291. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jcp.2024.113291.
  15. V.-T. Nguyen, T.-H. Phan, W.-G. Park, "Numerical modeling of multiphase compressible flows with the presence of shock waves using an interface-sharpeningvfive-equation model", International Journal of Multiphase Flow, 135 (2021), 103542. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijmultiphaseflow.2020.103542.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Copyright (c) 2025 Ladonkina M., Poveschenko Y., Zhang H.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».