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理想磁浊体系统的主动通量:一种带有 Godunov-Powell 源项的正值保持方案

数值分析 2025-06-06 v1 数值分析

摘要

主动通量(Active Flux, AF)是一种紧凑的高阶有限体积格式,通过在单元界面引入额外的点值自由度提供了更大的灵活性。本文提出了一种针对理想磁浊体系统的正值保持(PP)AF方案,采用 Godunov-Powell 源项来处理无散度约束。对于单元平均值的演化,除了对通量导数的标准保守有限体积方法外,还构建基于每个单元中二次重构的非保守源项,保持AF方案中的紧凑网格。对于点值更新,采用局部 Lax-Friedrichs(LLF)通量向量分割,用于通量导数,原文引自 [Duan, Barsukow, and Klingenberg, SIAM Journal on Scientific Computing, 47(2), A811--A837, 2025],并使用中心差分离离化源项中的散度。提出了参数化通量限制器和比例限制器,以通过混合 AF 方案和具有源项的 first-order PP LLF 方案来保持密度和压强的正值。为抑制振荡,提出了一种考虑散度误差的新型冲激传感器,用于计算单元平均值的混合系数。进行了若干数值测试,以验证该方案的三阶精度、正值保持特性以及冲击捕获能力。也验证了 Godunov-Powell 源项及其合适的离散化在控制散度误差方面的关键作用。

关键词

引用

@article{arxiv.2506.04857,
  title  = {Active flux for ideal magnetohydrodynamics: A positivity-preserving scheme with the Godunov-Powell source term},
  author = {Junming Duan and Praveen Chandrashekar and Christian Klingenberg},
  journal= {arXiv preprint arXiv:2506.04857},
  year   = {2025}
}

备注

27 pages, 12 figures