{"title":"Analysis of different modiҥcations of the CABARET scheme applied for approximation of the system of gas-dynamic equations","authors":"В.А. Колотилов, В В Остапенко","doi":"10.25743/ict.2024.29.3.005","DOIUrl":null,"url":null,"abstract":"На основе метода квазиинвариантов построены различные модификации схемы CABARET, аппроксимирующие систему уравнений газовой динамики неизоэнтропических течений. Проведен сравнительный анализ точности этих модификаций при расчете трех различных задач Римана (в частности, задач Сода и Лакса) о распаде начального разрыва в политропном газе. Показано, что некоторые модификации схемы CABARET могут иметь существенные преимущества по сравнению с другими модификациями этой схемы относительно различных критериев, связанных с оптимальной локализацией сильных и слабых разрывов точного решения.\n In this paper, we construct various modifications of the CABARET scheme that approximate the system of nonisentropic gas dynamics equations. The construction of these modifications relies on representation of conservation laws using various non-divergent forms and using the method of quasi-invariants. Each family of these invariants corresponds to its own modiҥcation of the CABARET scheme. The algorithm of the resulting CABARET scheme is given for the case when in the calculated exact solution the characteristics of one family are unidirectional, i. e. velocity distribution of these characteristics does not change sign. A comparative analysis for the accuracy of these modiҥcations was carried out when calculating the Sod problem on the attenuation of an initial discontinuity in a polytropic gas. Based on this analysis, a modification was chosen that most accurately localizes strong and weak discontinuities in the exact solution and has the smallest integral imbalance and the best order of convergence. Further, this modification of the CABARET scheme was compared with the best modification obtained from the previous work on various test problems (including the Lax problem) without changing the sign of the rate characteristics. The given complex analysis has shown that the new modification has better convergence compared to the modification from the previous work. Also, using the example of the Riemann problem of two divergent strong discontinuities, it was shown that it is impossible to correctly determine the order of local convergence of the numerical solution to the exact one in zones of constant ѕows located in the areas of inѕuence of shock waves in the considered modifications of the CABARET scheme.","PeriodicalId":208989,"journal":{"name":"Вычислительные технологии","volume":"111 3","pages":""},"PeriodicalIF":0.0000,"publicationDate":"2024-05-16","publicationTypes":"Journal Article","fieldsOfStudy":null,"isOpenAccess":false,"openAccessPdf":"","citationCount":"0","resultStr":null,"platform":"Semanticscholar","paperid":null,"PeriodicalName":"Вычислительные технологии","FirstCategoryId":"1085","ListUrlMain":"https://doi.org/10.25743/ict.2024.29.3.005","RegionNum":0,"RegionCategory":null,"ArticlePicture":[],"TitleCN":null,"AbstractTextCN":null,"PMCID":null,"EPubDate":"","PubModel":"","JCR":"","JCRName":"","Score":null,"Total":0}
引用次数: 0
Abstract
На основе метода квазиинвариантов построены различные модификации схемы CABARET, аппроксимирующие систему уравнений газовой динамики неизоэнтропических течений. Проведен сравнительный анализ точности этих модификаций при расчете трех различных задач Римана (в частности, задач Сода и Лакса) о распаде начального разрыва в политропном газе. Показано, что некоторые модификации схемы CABARET могут иметь существенные преимущества по сравнению с другими модификациями этой схемы относительно различных критериев, связанных с оптимальной локализацией сильных и слабых разрывов точного решения.
In this paper, we construct various modifications of the CABARET scheme that approximate the system of nonisentropic gas dynamics equations. The construction of these modifications relies on representation of conservation laws using various non-divergent forms and using the method of quasi-invariants. Each family of these invariants corresponds to its own modiҥcation of the CABARET scheme. The algorithm of the resulting CABARET scheme is given for the case when in the calculated exact solution the characteristics of one family are unidirectional, i. e. velocity distribution of these characteristics does not change sign. A comparative analysis for the accuracy of these modiҥcations was carried out when calculating the Sod problem on the attenuation of an initial discontinuity in a polytropic gas. Based on this analysis, a modification was chosen that most accurately localizes strong and weak discontinuities in the exact solution and has the smallest integral imbalance and the best order of convergence. Further, this modification of the CABARET scheme was compared with the best modification obtained from the previous work on various test problems (including the Lax problem) without changing the sign of the rate characteristics. The given complex analysis has shown that the new modification has better convergence compared to the modification from the previous work. Also, using the example of the Riemann problem of two divergent strong discontinuities, it was shown that it is impossible to correctly determine the order of local convergence of the numerical solution to the exact one in zones of constant ѕows located in the areas of inѕuence of shock waves in the considered modifications of the CABARET scheme.
На основе метода квазиинвариантов построены различные модификации схемы CABARET, аппроксимирующие систему уравнений газовой динамики неизоэнтропических течений.Проведен сравнительный анализ точности этих модификаций при расчете трех различных задач Римана (в частности, задач Сода и Лакса) ораспаде начального разрыва в политропном газе.Показано, что некоторые модификации схемы CABARET могут иметь существенные преимущества по сравнению с другими модификациями этой схемы относительно различных критериев、связанных с оптимальной локализацией сильных и слабых разрывов точного решения。在本文中,我们对 CABARET 方案进行了各种修改,以逼近非各向同性气体动力学方程系统。这些修正的构建依赖于使用各种非发散形式和准不变式方法来表示守恒定律。这些不变式的每个系列都对应于各自的 CABARET 方案修正。在计算精确解时,如果一个族的特征是单向的,即这些特征的速度分布不改变符号,则给出由此产生的 CABARET 方案的算法。在计算多向性气体中初始不连续性衰减的 Sod 问题时,对这些修改的准确性进行了比较分析。根据分析结果,我们选择了一种修改方法,它能最准确地定位精确解中的强不连续和弱不连续,并具有最小的积分不平衡和最佳的收敛阶次。此外,在不改变速率特性符号的情况下,还将 CABARET 方案的这一修改与之前在各种测试问题(包括拉克斯问题)上获得的最佳修改进行了比较。给定的复杂性分析表明,与前人的修改相比,新的修改具有更好的收敛性。此外,以两个发散强不连续性的黎曼问题为例,证明了在所考虑的 CABARET 方案的修改中,无法正确确定位于冲击波影响区域的恒定 ѕ流区域的数值解向精确解的局部收敛阶次。