We present an optimal rate convergence analysis for a second order accurate in time, fully discrete finite difference scheme for the Cahn-Hilliard-Navier-Stokes (CHNS) system, combined with logarithmic Flory-Huggins energy potential. The numerical scheme has been recently proposed, and the positivity-preserving property of the logarithmic arguments, as well as the total energy stability, have been theoretically justified. In this paper, we rigorously prove second order convergence of the proposed numerical scheme, in both time and space. Since the CHNS is a coupled system, the standard $\ell^\infty (0, T; \ell^2) \cap \ell^2 (0, T; H_h^2)$ error estimate could not be easily derived, due to the lack of regularity to control the numerical error associated with the coupled terms. Instead, the $\ell^\infty (0, T; H_h^1) \cap \ell^2 (0, T; H_h^3)$ error analysis for the phase variable and the $\ell^\infty (0, T; \ell^2)$ analysis for the velocity vector, which shares the same regularity as the energy estimate, is more suitable to pass through the nonlinear analysis for the error terms associated with the coupled physical process. Furthermore, the highly nonlinear and singular nature of the logarithmic error terms makes the convergence analysis even more challenging, since a uniform distance between the numerical solution and the singular limit values of is needed for the associated error estimate. Many highly non-standard estimates, such as a higher order asymptotic expansion of the numerical solution (up to the third order accuracy in time and fourth order in space), combined with a rough error estimate (to establish the maximum norm bound for the phase variable), as well as a refined error estimate, have to be carried out to conclude the desired convergence result.


翻译:本文针对耦合对数Flory-Huggins能量势的Cahn-Hilliard-Navier-Stokes (CHNS)系统,提出了一种时间二阶精度的全离散有限差分格式的最优收敛率分析。该数值格式为近期提出,其对数参数的正性保持性质及总能量稳定性已得到理论证明。本文严格证明了所提数值格式在时间和空间上的二阶收敛性。由于CHNS为耦合系统,标准$\ell^\infty (0, T; \ell^2) \cap \ell^2 (0, T; H_h^2)$误差估计因缺乏控制耦合项数值误差的正则性而难以直接推导。为此,采用与能量估计具有相同正则性的相变量$\ell^\infty (0, T; H_h^1) \cap \ell^2 (0, T; H_h^3)$误差分析及速度向量$\ell^\infty (0, T; \ell^2)$分析,更适用于处理耦合物理过程相关误差项的非线性分析。此外,对数误差项的高度非线性和奇异性使得收敛分析更具挑战性,因为相关误差估计需要确保数值解与奇异极限值之间的均匀距离。为得到预期的收敛结果,必须实施多项高度非标准估计,包括结合数值解的高阶渐近展开(时间三阶精度、空间四阶精度)与粗糙误差估计(建立相变量的最大模界)及精细化误差估计。

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
【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
《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
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18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
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
可解释的CNN
CreateAMind
18+阅读 · 2017年10月5日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16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
0+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
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
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
6+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
16+阅读 · 2022年5月17日
Arxiv
18+阅读 · 2021年3月16日
Recent advances in deep learning theory
Arxiv
52+阅读 · 2020年12月20日
A survey on deep hashing for image retrieval
Arxiv
15+阅读 · 2020年6月10日
VIP会员
最新内容
《通过小型无人机系统将情报能力“作战化”》
消耗优势:美军的“精确规模化”概念
专知会员服务
8+阅读 · 6月15日
《离线语言支持系统:面向空战战术决策》
专知会员服务
10+阅读 · 6月15日
相关VIP内容
相关资讯
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18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
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
可解释的CNN
CreateAMind
18+阅读 · 2017年10月5日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
相关基金
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
0+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
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
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
6+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员