Numerické řešení nelineárních problémů konvekce-difuze pomocí adaptivních metod

Abstract

Tato práce se zabývá analýzou a implementací Časově nespojité Galerkinovy metody. Významnou součástí této práce je vytvoření algoritmu zaměřeného na řešení nelineárních rovnic konvekce-difůze, který kombinuje Nespojitou Galerkinovu metodu v prostoru s Časově nespojitou Galerkinovou metodou. Tento přístup přináší snadno docílitelnou adaptivitu i vysoký řád aproximace vzhledem k prostorovým i časovým proměnným. Nelinearita problému je překonávána pomocí tlumené zobecněné Newtonovy metody. Druhá část práce se zaměřujeme na Časově nespojitou Galerkinovu metodu pro obyčejné diferenciální rovnice. Ukazuje, že řešení Časově nespojité Galerkinovy metody se shoduje s řešením získaným pomocí implicitních Radau IIA Runge-Kuttových metod v uzlech pravé Radauovy kvadratury. Díky tomuto vztahu je možno získat v těchto bodech odhady chyby řádu o jedna vyššího než je standartní řád. Kromě toho může být dosažen téměř dvojnásobný řád chyby v koncových bodech intervalů časového dělení. Nakonec se práce zabývá fenoménem tuhosti (stiffness), který může dramaticky snižovat řád konvergence použité metody. Teoretické výsledky potvrzují numerické experimenty. Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

This thesis is concerned with analysis and implementation of Time discontinuous Galerkin method. Important part of it is constructing of algorithm for solving nonlinear convection-diffusion equations, which combines Discontinuous Galerkin method in space (DGFEM) with Time discontinuous Galerkin method (TDG). Nonlinearity of the problem is overcome by damped Newton-like method. This approach provides easy adaptivity manipulation as well as high order approximation with respect to both space and time variables. The second part of the thesis is focused on Time discontinuous Galerkin method, applied to ordinary differential equations. It is shown that the solution of Time discontinuous Galerkin equals the solution obtained by Radau IIA implicit Runge-Kutta method in the roots of right Radau Quadrature. By virtue of this relation, error estimates of the order higher by one than the standard order can be obtained in these points. Furthermore, almost two times higher order can be achieved in the endpoints of the intervals of time discretization. Finally, the thesis deals with the phenomenon of stiffness, which may dramatically decrease the order of the applied method. The theoretical results are verified by numerical experiments. Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)