If the Stokes equations are properly discretized, it is well-known that the Schur complement matrix is spectrally equivalent to the identity matrix. Moreover, in the case of simple geometries, it is often observed that most of its eigenvalues are equal to one. These facts form the basis for the famous Uzawa and Krylov-Uzawa algorithms. However, in the case of complex geometries, the Schur complement matrix can become arbitrarily ill-conditioned having a significant portion of non-unit eigenvalues, which makes the established Uzawa preconditioner inefficient. In this article, we study the Schur complement formulation for the staggered finite-difference discretization of the Stokes problem in 3D CT images and synthetic 2D geometries. We numerically investigate the performance of the CG iterative method with the Uzawa and SIMPLE preconditioners and draw several conclusions. First, we show that in the case of low porosity, CG with the SIMPLE preconditioner converges faster to the discrete pressure and provides a more accurate calculation of sample permeability. Second, we show that an increase in the surface-to-volume ratio leads to an increase in the condition number of the Schur complement matrix, while the dependence is inverse for the Schur complement matrix preconditioned with the SIMPLE. As an explanation, we conjecture that the no-slip boundary conditions are the reason for non-unit eigenvalues of the Schur complement.


翻译:若Stokes方程得到恰当离散化,众所周知Schur补矩阵谱等价于单位矩阵。此外,在简单几何情形中,通常观察到其大部分特征值等于1。这些事实构成了经典的Uzawa算法与Krylov-Uzawa算法的基础。然而,在复杂几何情形下,Schur补矩阵可能因含有大量非单位特征值而变得病态严重,导致成熟的Uzawa预条件子失效。本文针对三维CT图像与二维合成几何中交错有限差分离散的Stokes问题,研究了Schur补公式。我们通过数值实验探究了采用Uzawa与SIMPLE预条件子的共轭梯度法性能,并得出以下结论:首先,在低孔隙度情形下,采用SIMPLE预条件子的共轭梯度法对离散压力的收敛速度更快,且能更精确地计算样本渗透率;其次,我们证明表面体积比的增大会导致Schur补矩阵条件数的增加,而经SIMPLE预条件后Schur补矩阵的条件数与其呈反比关系。作为解释,我们推测Schur补矩阵非单位特征值的产生源于无滑移边界条件。

0
下载
关闭预览

相关内容

牛津大学最新《计算代数拓扑》笔记书,107页pdf
专知会员服务
44+阅读 · 2022年2月17日
【ACL2020】多模态信息抽取,365页ppt
专知会员服务
151+阅读 · 2020年7月6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
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
强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
182+阅读 · 2019年10月11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
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3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
概率图模型体系:HMM、MEMM、CRF
机器学习研究会
30+阅读 · 2018年2月10日
可解释的CNN
CreateAMind
18+阅读 · 2017年10月5日
Layer Normalization原理及其TensorFlow实现
深度学习每日摘要
32+阅读 · 2017年6月17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
1+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+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
1+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
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
VIP会员
最新内容
超越网格:作战环境对炮兵的影响
专知会员服务
1+阅读 · 今天15:35
KDD 2026 | MixRAGRec:面向LLM推荐的混合专家KG-RAG框架
BES:让语言模型通过双向进化搜索自我改进
专知会员服务
4+阅读 · 5月30日
以色列-美国-伊朗战争中的无人机:关键要点
专知会员服务
4+阅读 · 5月30日
《Palantir任务保障性软件安全标准(MA-S2)》
专知会员服务
14+阅读 · 5月30日
基于声学的无人机检测技术综述
专知会员服务
8+阅读 · 5月30日
《当代混合战争分析框架:俄乌战争经验教训》
相关VIP内容
相关资讯
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3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
概率图模型体系:HMM、MEMM、CRF
机器学习研究会
30+阅读 · 2018年2月10日
可解释的CNN
CreateAMind
18+阅读 · 2017年10月5日
Layer Normalization原理及其TensorFlow实现
深度学习每日摘要
32+阅读 · 2017年6月17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
1+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+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
1+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
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
Top
微信扫码咨询专知VIP会员