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Equilibrium stability analysis of hyperbolic shallow water moment equations

双曲浅水矩方程的平衡稳定性分析

基本信息

DOI:
10.1002/mma.8180
发表时间:
2020-11
影响因子:
2.9
通讯作者:
Wen-An Yong
中科院分区:
数学4区
文献类型:
--
作者: Qian Huang;Julian Koellermeier;Wen-An Yong研究方向: -- MeSH主题词: --
关键词: --
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文献摘要

In this paper, we analyze the stability of equilibrium manifolds of hyperbolic shallow water moment equations. Shallow water moment equations describe shallow flows for complex velocity profiles which vary in vertical direction and the models can be seen as extensions of the standard shallow water equations. Equilibrium stability is an important property of balance laws that determines the linear stability of solutions in the vicinity of equilibrium manifolds, and it is seen as a necessary condition for stable numerical solutions. After an analysis of the hyperbolic structure of the models, we identify three different stability manifolds based on three different limits of the right-hand side friction term, which physically correspond to water-at-rest, constant-velocity, and bottom-at-rest velocity profiles. The stability analysis then shows that the structural stability conditions are fulfilled for the water-at-rest equilibrium and the constant-velocity equilibrium. However, the bottom-at-rest equilibrium can lead to instable modes depending on the velocity profile. Relaxation toward the respective equilibrium manifolds is investigated numerically for different models.
在本文中,我们分析了双曲型浅水矩方程平衡流形的稳定性。浅水矩方程描述了在垂直方向上变化的复杂速度剖面的浅水流动,并且这些模型可被视为标准浅水方程的扩展。平衡稳定性是平衡律的一个重要性质,它决定了平衡流形附近解的线性稳定性,并且被视为稳定数值解的必要条件。在对模型的双曲结构进行分析之后,我们基于右侧摩擦项的三种不同极限确定了三个不同的稳定流形,它们在物理上分别对应于静止水、恒定速度和底部静止的速度剖面。稳定性分析随后表明,对于静止水平衡和恒定速度平衡,结构稳定性条件得到满足。然而,底部静止平衡可能会根据速度剖面导致不稳定模式。针对不同的模型,对向相应平衡流形的松弛进行了数值研究。
参考文献(27)
被引文献(7)
Projective integration schemes for hyperbolic moment equations
DOI:
10.3934/krm.2021008
发表时间:
2020-05
期刊:
Kinetic & Related Models
影响因子:
1
作者:
Julian Koellermeier;G. Samaey
通讯作者:
Julian Koellermeier;G. Samaey
Handbook of Mathematical Functions with Formulas, Graphs,
DOI:
发表时间:
1971
期刊:
影响因子:
0
作者:
Mathemalical Tables;M. Abramowitz;I. Stegun;A. G. Greenhill
通讯作者:
Mathemalical Tables;M. Abramowitz;I. Stegun;A. G. Greenhill
Shallow Water Moment Models for Bedload Transport Problems
DOI:
10.4208/cicp.oa-2020-0152
发表时间:
2021-06
期刊:
Communications in Computational Physics
影响因子:
3.7
作者:
global sci
通讯作者:
global sci
Linear Stability of Hyperbolic Moment Models for Boltzmann Equation
玻尔兹曼方程双曲矩模型的线性稳定性
DOI:
10.4208/nmtma.2017.s04
发表时间:
2016-09
期刊:
Numerical Mathematics: Theory, Methods and Applications
影响因子:
0
作者:
Di Yana;Fan Yuwei;Li Ruo;Zheng Lingchao;Li Ruo;Li Ruo;Li R;Li R;Li R
通讯作者:
Li R
Implicit-explicit runge-kutta schemes and applications to hyperbolic systems with relaxation
DOI:
10.1007/bf02728986
发表时间:
2010-09
期刊:
Journal of Scientific Computing
影响因子:
2.5
作者:
L. Pareschi;G. Russo
通讯作者:
L. Pareschi;G. Russo

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关联基金

燃用典型低阶煤的积灰预测及在线监测
批准号:
51906122
批准年份:
2019
资助金额:
24.0
项目类别:
青年科学基金项目
Wen-An Yong
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