In this paper, we present an entropy-stable (ES) discretization using a nodal discontinuous Galerkin (DG) method for the ideal multi-ion magneto-hydrodynamics (MHD) equations. We start by performing a continuous entropy analysis of the ideal multi-ion MHD system, described by, e.g., [Toth (2010) Multi-Ion Magnetohydrodynamics] \cite{Toth2010}, which describes the motion of multi-ion plasmas with independent momentum and energy equations for each ion species. Following the continuous entropy analysis, we propose an algebraic manipulation to the multi-ion MHD system, such that entropy consistency can be transferred from the continuous analysis to its discrete approximation. Moreover, we augment the system of equations with a generalized Lagrange multiplier (GLM) technique to have an additional cleaning mechanism of the magnetic field divergence error. We first derive robust entropy-conservative (EC) fluxes for the alternative formulation of the multi-ion GLM-MHD system that satisfy a Tadmor-type condition and are consistent with existing EC fluxes for single-fluid GLM-MHD equations. Using these numerical two-point fluxes, we construct high-order EC and ES DG discretizations of the ideal multi-ion MHD system using collocated Legendre--Gauss--Lobatto summation-by-parts (SBP) operators. The resulting nodal DG schemes satisfy the second-law of thermodynamics at the semi-discrete level, while maintaining high-order convergence and local node-wise conservation properties. We demonstrate the high-order convergence, and the EC and ES properties of our scheme with numerical validation experiments. Moreover, we demonstrate the importance of the GLM divergence technique and the ES discretization to improve the robustness properties of a DG discretization of the multi-ion MHD system by solving a challenging magnetized Kelvin-Helmholtz instability problem that exhibits MHD turbulence.


翻译:在本文中,我们针对理想多离子磁流体动力学(MHD)方程组,提出了一种采用节点型间断伽辽金(DG)方法的熵稳定(ES)离散格式。首先,我们对理想多离子MHD系统进行连续熵分析,该系统的描述参见例如[Toth (2010) Multi-Ion Magnetohydrodynamics] \cite{Toth2010},其中每种离子物种具有独立的动量方程和能量方程,用于描述多离子等离子体的运动。在连续熵分析的基础上,我们提出对多离子MHD系统进行代数变换,使得熵相容性能够从连续分析传递到其离散近似中。此外,我们采用广义拉格朗日乘子(GLM)技术对方程组进行增广,以增加对磁场散度误差的额外清理机制。我们首先针对多离子GLM-MHD系统的替代公式,推导出满足Tadmor型条件且与单流体GLM-MHD方程中现有熵守恒(EC)通量一致的鲁棒熵守恒通量。利用这些数值两点通量,我们采用配点型Legendre-Gauss-Lobatto求和-积分(SBP)算子,构建了理想多离子MHD系统的高阶EC和ES DG离散格式。所得的节点型DG方案在半离散层面满足热力学第二定律,同时保持高阶收敛性和局部逐点守恒性质。我们通过数值验证实验证明了该格式的高阶收敛性以及EC和ES性质。此外,通过求解一个具有MHD湍流特征、具有挑战性的磁化开尔文-亥姆霍兹不稳定性问题,我们展示了GLM散度技术和ES离散格式对于增强多离子MHD系统DG离散格式鲁棒性的重要性。

0
下载
关闭预览

相关内容

Linux导论,Introduction to Linux,96页ppt
专知会员服务
82+阅读 · 2020年7月26日
FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
34+阅读 · 2019年10月18日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
60+阅读 · 2019年10月17日
《DeepGCNs: Making GCNs Go as Deep as CNNs》
专知会员服务
32+阅读 · 2019年10月17日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
164+阅读 · 2019年10月12日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
41+阅读 · 2019年10月9日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
Reasoning on Knowledge Graphs with Debate Dynamics
Arxiv
14+阅读 · 2020年1月2日
Arxiv
21+阅读 · 2019年8月21日
VIP会员
最新内容
ICML 2026 | CFPO:用反事实策略优化提升多模态推理
专知会员服务
1+阅读 · 今天14:45
综述 | 世界动作模型:少做梦,多行动
专知会员服务
1+阅读 · 今天14:43
美以伊冲突:无人机与人工智能的运用
专知会员服务
3+阅读 · 今天14:31
《特种部队在透明战场中的生存力》最新报告
专知会员服务
2+阅读 · 今天14:11
《人工智能生成的零日漏洞:对未来作战的影响》
综述 | 3D场景图:开放挑战与未来方向
专知会员服务
8+阅读 · 6月22日
21世纪的无人机战争
专知会员服务
4+阅读 · 6月22日
《量子技术的军事任务技术适配与利用》
专知会员服务
5+阅读 · 6月22日
相关资讯
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
相关基金
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员