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诸多物理现象和工程问题可归结某种退化抛物型方程,譬如多孔介质中的毛细吸附、金属焊接面分析、以及生物种群的演变等问题。这类方程兼具抛物与双曲方程的特点,真解常具有随时间迁移的突变界面等“复杂结构”。许多传统的数值方法不能高效准确地模拟退化抛物型方程,故而寻求能够准确追踪突变界面的位置、宽度及其性态的数值方法是十分必要的。这是科学工程计算中一个较富有挑战性的课题,具有广泛的应用意义和科学意义。
本文利用局部间断Galerkin有限元(LocalDiscontinuousGalerkin,简称LDG)方法数值模拟退化型抛物型方程。LDG方法是求解双曲守恒律方程的间断有限元(DiscontinuousGalerkin,简称DG)方法的成功延续与推广,具有强健的数值稳定性和高阶精度。LDG方法与DG方法具有统一的数值实现框架,可以简单地应用于退化抛物型方程的数值模拟。
以退化多孔介质方程为主要模型,本文利用LDG方法进行了大量的数值模拟。数值结果表明,LDG方法可以有效地应用于多孔介质方程的数值求解,可以准确地模拟真解的“复杂结构”。最后,本文还给出LDG方法的自适应实现策略及其应用。