ON THE INTEGRAL CONVERGENCE OF NUMERICAL SCHEMES CALCULATING GAS-DYNAMIC SHOCK WAVES

V. V. Ostapenko; Остапенко В. В.; E. I. Polunina; Полунина Е. И.; N. A. Khandeeva; Хандеева Н. А.

doi:10.31857/S268695432360026X

ON THE INTEGRAL CONVERGENCE OF NUMERICAL SCHEMES CALCULATING GAS-DYNAMIC SHOCK WAVES

Авторлар: Ostapenko V.¹, Polunina E.¹, Khandeeva N.¹
Мекемелер:
1. Lavrentyev Institute of Hydrodynamics, Siberian Branch, Russian Academy of Sciences
Шығарылым: Том 513, № 1 (2023)
Беттер: 57-65
Бөлім: МАТЕМАТИКА
URL: https://journals.rcsi.science/2686-9543/article/view/247069
DOI: https://doi.org/10.31857/S268695432360026X
EDN: https://elibrary.ru/GGZBCD
ID: 247069

Дәйексөз келтіру

Толық мәтін

Ашық рұқсат
Рұқсат жабық

Рұқсат берілді
Рұқсат жабық

Тек жазылушылар үшін

Аннотация
Авторлар туралы
Әдебиет тізімі
Қосымша файлдар
Статистика

Аннотация

A comparative experimental accuracy study of shock-capturing schemes such as RBM(Rusanov-Burstein-Mirin), CWA(Compact high order Weak Approximation) and A-WENO(Alternative Weighted Essentially Non-Oscillatory) schemes is carried out by numerically solving a Cauchy problem with smooth periodic initial data for the Euler equations of gas dynamics. It is shown that in the presence of shock waves, RBM and CWA schemes(in the construction of which nonlinear flux correction is not used) have a higher order of integral convergence, which provides significantly higher accuracy to these schemes (compared to A-WENO scheme) in the areas of shock waves influence, despite noticeable non-physical oscillations at their fronts. This makes it possible to use RBM and CWA schemes as basic ones when constructing combined schemes that monotonically localize shock wave fronts and at the same time maintain higher order accuracy in their influence areas.

Негізгі сөздер

gas dynamic equations, shock waves, difference schemes, integral convergence

Әдебиет тізімі

Годунов С.К. Разностный метод численного расчета разрывных решений уравнений гидродинамики // Мат. сб. 1959. Т. 47. № 3. С. 271–306.
Van Leer B. Toward the ultimate conservative difference scheme. V. A second-order sequel to Godunov’s method // J. Comput. Phys. 1979. V. 32. № 1. P. 101–136. https://doi.org/10.1016/0021-9991(79)90145-1
Harten A. High resolution schemes for hyperbolic conservation laws // J. Comput. Phys. 1983. V. 49. P. 357–393. https://doi.org/10.1016/0021-9991(83)90136-5
Jiang G.S., Shu C.W. Efficient implementation of weighted ENO schemes // J. Comput. Phys. 1996. V. 126. P. 202–228. https://doi.org/10.1006/jcph.1996.0130
Cockburn B. An introduction to the discontinuous Galerkin method forconvection–dominated problems // Lect. Notes Math. 1998. V. 1697. P. 150–268. https://doi.org/10.1007/BFb0096353
Karabasov S.A., Goloviznin V.M. Compact accurately boundary-adjusting high-resolution technique for fluid dynamics // J. Comput. Phys. 2009. V. 228. P. 7426–7451. https://doi.org/10.1016/j.jcp.2009.06.037
Karni S., Kurganov A., Petrova, G. A smoothness indicator for adaptivealgorithms for hyperbolic systems // J. Comput. Phys. 2002. V. 178. P. 323–341. https://doi.org/10.1006/jcph.2002.7024
Куликовский А.Г., Погорелов Н.В., Семенов А.Ю. Математические вопросы численного решения гиперболических систем уравнений. М.: Физматлит, 2001.
LeVeque R.J. Finite volume methods for hyperbolic problems. Cambridge: Cambridge University Press, 2002. https://doi.org/10.1017/CBO9780511791253
Toro E.F. Riemann solvers and numerical methods for fluid dynamics: A practical introduction. Berlin: Springer-Verlag, 2009. https://doi.org/10.1007/b79761
Остапенко В.В. О сходимости разностных схем за фронтом нестационарной ударной волны // Ж. вычисл. матем. и матем. физ. 1997. Т. 37. № 10. С. 1201–1212.
Casper J., Carpenter M.H. Computational consideration for the simulation of shock-induced sound // SIAM J. Sci. Comput. 1998. V. 19. N. 1. P. 813–828.
Chu S., Kovyrkina O.A., Kurganov A., Ostapenko V.V. Experimental convergence rate study for three shock-capturing schemes and development of highly accurate combined schemes // Numer. Meth. Part. Diff. Eq. 2023. V. 5. P. 1–30. https://doi.org/10.1002/num.23053
Ковыркина О.А., Остапенко В.В. О реальной точности разностных схем сквозного счета // Матем. моделир. 2013. Т. 25. № 9. С. 63–74. https://doi.org/10.1134/S2070048214020069
Михайлов Н.А. О порядке сходимости разностных схем WENO за фронтом ударной волны // Матем. моделир. 2015. Т. 27. № 2. С. 129-138. https://doi.org/10.1134/S2070048215050075
Ковыркина О.А., Остапенко В.В. О построении комбинированных разностных схем повышенной точности // Докл. АН. 2018. Т. 478. № 5. С. 517–522. https://doi.org/10.1134/S1064562418010246
Зюзина Н.А., Ковыркина О.А., Остапенко В.В. Монотонная разностная схема, сохраняющая повышенную точность в областях влияния ударных волн // Докл. АН. 2018. Т. 482. № 6. С. 639–643. https://doi.org/10.1134/S1064562418060315
Ладонкина М.Е., Неклюдова О.А., Остапенко В.В., Тишкин В.Ф. Комбинированная схема разрывного метода Галеркина, сохраняющая повышенную точность в областях влияния ударных волн // Докл. АН. 2019. Т. 489. № 2. С. 119–124. https://doi.org/10.1134/S106456241906005X
Брагин М.Д., Рогов Б.В. О точности бикомпактных схем при расчете нестационарных ударных волн // Ж. вычисл. матем. и матем. физ. 2020. Т. 60. № 5. С. 884–899. https://doi.org/10.1134/S0965542520050061
Ковыркина О.А., Курганов А. А., Остапенко В.В. Сравнительный анализ точности трех различных схем при сквозном расчете ударных волн // Матем. моделир. 2022. Т. 34. №10. С. 43–64. https://doi.org/10.20948/mm-2022-10-03
Брагин М.Д., Ковыркина О.А., Ладонкина М.Е., Остапенко В.В., Тишкин В.Ф., Хандеева Н.А. Комбинированные численные схемы // Ж. вычисл. матем. и матем. физ. 2022. Т. 62. № 11. С. 1763–1803. https://doi.org/10.1134/S0965542522100025
Русанов В.В. Разностные схемы третьего порядка точности для сквозного счета разрывных решений // Докл. АН СССР. 1968. Т. 180. № 6. С. 1303–1305.
Burstein S.Z., Mirin A.A. Third order difference methods for hyperbolic equations // J. Comput. Phys. 1970. V. 5. N. 3. P. 547–571. https://doi.org/10.1016/0021-9991(70)90080-X
Остапенко В.В. О построении разностных схем повышенной точности для сквозного расчета нестационарных ударных волн // Ж. вычисл. матем. и матем. физ. 2000. Т. 40. № 12. С. 1857–1874.
Wang B.-S., Don W.S., Kurganov A., Liu Y. Fifth-order A-WENO schemes based on the adaptive diffusion central-upwind Rankine-Hugoniot fluxes // Commun. Appl. Math. Comput. 2021. https://doi.org/10.1007/s42967-021-00161-2