Mesh and model adaption for hyperbolic balance laws
Hrishikesh Joshi
Das Ziel der Gitter- und Modelladaption ist die lokale Auswahl des zu verwendenden Gitters und Modells aus einer Modellhierarchie auszuwählen, um die benötigten Rechenressourcen zu reduzieren. Wir tun dies, indem wir die beiden Fehlerquellen ausgleichen, nämlich Diskretisierungs- und Modellierungsfehler. In dieser Arbeit entwickeln wir eine Strategie zur Gitter- und Modelladaption für eine Klasse von Modellhierarchien, die aus zwei Ebenen der Modellkomplexität bestehen. Insbesondere besteht das feine Modell, auch als komplexes System bezeichnet, aus einem System hyperbolischer Bilanzgesetzen mit steifen Reaktionstermen, und das grobe Modell, auch als einfaches System bezeichnet, besteht aus einem System hyperbolischer Erhaltungsgesetze. Die Gleichungen des einfachen Systems werden unter der vereinfachenden Annahme hergeleitet, dass sich das System im Gleichgewicht befindet, d.h. die Reaktionsgeschwindigkeit ist unendlich schnell. Für das komplexe System wird eine Entropiestruktur angenommen, d.h. es wird angenommen, dass es mit einer streng konvexen Entropie und einem Entropiefluss ausgestattet ist. Die Struktur der Modellhierarchie ermöglicht es uns zu zeigen, dass das einfache System analog dazu mit einer streng konvexen Entropie und einem Entropiefluss ausgestattet ist. Der Rahmen der relativen Entropie-Stabilität wird zur Herleitung von a posteriori-Fehler Schätzungen mit identifizierbaren Beiträgen von Diskretisierungs- und Modellierungsfehlern abzuleiten. Da die Verwendung von zwei verschiedenen Modellen im Rechengebiet zu Zellgrenzen führt, an denen sich das verwendete Modell unterscheidet, schlagen wir eine Kopplung vor, die an diesen Zellgrenzen eingesetzt wird. Darüber hinaus werden Gitter- und Modellvergröberungsabstände definiert, die ergänzende Informationen zu den definierten Fehlerindikatoren liefern. Die definierten Fehlerindikatoren und Vergröberungsabstände werden verwendet, um eine Gitter- und Modelladaptive Strategie vorzuschlagen. Die Wirkung der Gitter und Modellanpassungsstrategie wird durch die Durchführung von Simulationen für chemisch reagierende Flüssigkeitsgemische in einer Raumdimension demonstriert.